使用组合的耐久性和阻燃性的木材和工程化木制品的增强性能
阅读：753发布：2020-05-11
专利汇可以提供使用组合的耐久性和阻燃性的木材和工程化木制品的增强性能专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 描述了一种处理方法或工艺及其木制品。具体地，单相溶液的产品制剂，将木材 防腐剂 (耐久性组分)与阻燃剂[FR]组分结合在一起以生产耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品。耐久性组分包括多种 铜 基和非铜基的 木材防腐剂 ，而阻燃剂[FR]组分包括 碱 金属 硅 酸盐和碱金属 铝 酸盐化合物。耐久性阻燃剂[dFR]的工作溶液经过化学浸渍(处理)，然后进行加热(固定)处理步骤，将化学品 锁 定在木材中，使其不可 浸出 。耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品经过测试，具有增强的防火性能。加热时，木材经历热降解和燃烧，产生气体、 蒸汽 、焦油和 木炭 。使用“锥形量热计”燃烧测试方法(AS/NZS 3837)，耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品与未处理的 辐射 松相比，显示出以下参数的显著降低：热释放速率(HRR峰值和HRR平均值)、 质量 损 失速 率(MLR)和烟雾产生值(烟雾消光面积-SEA)。主要测试是： 加速 风 化和燃烧测试(AS/NZS3837)，均在新西兰布兰兹(BRANZ，New Zealand)进行。，下面是使用组合的耐久性和阻燃性的木材和工程化木制品的增强性能专利的具体信息内容。
1.一种赋予木质纤维素材料增强的耐久性和阻燃性能的方法，包括：
木材防腐剂；和
阻燃剂[FR]，由碱金属硅酸盐和/或碱金属铝酸盐组成，它们利用浸渍处理过程和/或喷雾、沉浸、雨淋系统，从而实现化学渗透到木质纤维素材料的细胞内部空隙中，并通过随后的加热步骤成为不溶的(固定的)。
2.一种由权利要求1所述的方法生产的木质纤维素材料产品，其中，所述产品具有提高的阻燃[FR]性能。
3.一种由权利要求1所述的方法生产的木质纤维素材料产品，其中，所述产品具有对真菌腐朽、腐蚀和/或虫害的提高的耐久性。
4.一种由权利要求1所述的方法生产的产品，其中，所述木材防腐剂与所述阻燃剂[FR]的组合产生对真菌腐朽、腐蚀和/或虫害的逐步提高的耐久性。
5.根据权利要求1所述的木材浸渍处理过程，其中，压力范围为0至3,500kpa，并且真空为0至-90kpa。
6.根据权利要求1或权利要求5所述的木材浸渍处理过程，其中，化学吸收量的范围为
15L/m3至950L/m3(负载)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法使得所述木材防腐剂和所述阻燃剂[FR]能够在所述木材浸渍处理过程中共同渗透。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述木材防腐剂选自以下任一项：铬化砷酸铜(CCA)，溶解的铜唑(dCA)，微粉化的铜唑(mCA)，碱性铜季铵盐(ACQ)，微粉化的铜季铵盐(mCQ)，水基唑，其包括三唑——丙环唑、戊唑醇、环唑醇，和氨基甲酸酯，其包括碘丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)，和/或其组合。
9.根据权利要求8所述的木材防腐剂，其中，所述防腐剂符合危险等级(H)和/或用户类别(UC)：H3.1、H3.2、H4、H5(新西兰)，H3、H4、H5(澳大利亚)，UC3A、UC3B、UC4A、UC4B、UC4C和UC5(美国)和/或其他等效的全球类别。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述阻燃剂[FR]选自以下任一项：
可溶性碱金属硅酸盐，包括：硅酸钠(正硅酸钠、偏硅酸钠、二硅酸钠和三硅酸钠)、硅酸钾、硅酸锂；和可溶性碱金属铝酸盐，包括铝酸钠和铝酸钾，和/或其组合。
11.根据权利要求10所述的阻燃剂[FR]，其还包括氧化铝[Al2O3]纳米颗粒(分散体)、硅酸铝[Al2O3·SiO2]纳米颗粒(分散体)和二氧化硅[SiO2]纳米颗粒分散体。
12.根据权利要求10或11所述的阻燃剂[FR]，其中，使用螯合剂作为稳定剂来稳定铝酸钠和铝酸钾。
13.根据权利要求12所述的稳定剂，其中，所述稳定剂选自以下任一项：胺类化合物：乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺(EN)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、(N-(羟乙基)-乙二胺三乙酸)(HEDTA)、乙二醇四乙酸(EGTA)；葡萄糖酸的盐(“葡糖酸盐”)：葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾；酒石酸的盐；和乙醇胺化合物：单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)；及其组合。
14.根据权利要求11所述的阻燃剂[FR]，其中，所述氧化铝[Al2O3]纳米颗粒(分散体)、硅酸铝[Al2O3·SiO2]纳米颗粒(分散体)和二氧化硅[SiO2]纳米颗粒分散体是在水或有机溶剂中的悬浮液。
15.根据权利要求14所述的有机溶剂，其中，所述有机溶剂选自以下任一项：乙醇、矿物油、高级芳香烃、低级芳香烃、和二醇(乙二醇和丙二醇)、和/或其组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，其他添加剂选自以下任一项：用于浸渍和喷雾处理过程的憎水剂、着色剂、稳定剂、表面活性剂、和/或其组合，以增强提高的稳定性、渗透和颜色的特性。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，木材防腐剂(化学-耐久性)和阻燃剂[FR](碱金属硅酸盐和碱金属铝酸盐)液体的组合浸渍内部细胞空隙，并应用加热或干燥步骤使得液态的耐久性(化学)阻燃剂[dFR]的组合变得不溶、固定并包封在所述木质纤维素材料中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，木材防腐剂(处理为H3、H4、H5或等同等级)和包括碱金属硅酸盐和碱金属铝酸盐的阻燃剂[FR]的组合产生对木材或工程化木制品的浸渍处理所需的工作溶液。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，木材防腐剂(处理为H3、H4、H5或等同等级)和包括碱金属硅酸盐和碱金属铝酸盐的阻燃剂[FR]的组合产生浸渍处理所需的工作溶液，然后应用液态碱金属硅酸盐或液态金属铝酸盐，它们可以通过喷雾、刷涂、沉浸、或雨淋系统施用于木材或工程化木制品。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，木材防腐剂(处理为H3、H4、H5或等同等级)和包括碱金属硅酸盐和碱金属铝酸盐的阻燃剂[FR]的组合产生所述工作溶液，其中所述木材防腐剂是唯一经历浸渍处理的工作溶液，并且所述液态碱金属硅酸盐或液态金属铝酸盐通过喷雾、刷涂、沉浸、或雨淋系统施用于木材或工程化木制品。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，木材防腐剂(处理为H3、H4、H5或等同等级)和阻燃剂[FR]的组合，其中液态碱金属硅酸盐和液态碱金属铝酸盐在0℃至100℃的温度范围通过喷雾、沉浸、或雨淋系统施用。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对于铜基木材防腐剂，所述木材防腐剂的化学保留量范围为0.1kg/m3的铜(Cu)至20kg/m3的铜(Cu)。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碱金属硅酸盐(阻燃剂)的化学保留量范围为0.2kg/m3的元素Si(对于钠、钾和锂)至45kg/m3的元素Si(对于钠、钾和锂)。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碱金属铝酸盐(阻燃剂)的化学保留量范围为0.2kg/m3元素Al(对于钠、钾和锂)至45kg/m3元素Al(对于钠、钾和锂)。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，化学制剂(工作溶液)中包括其他添加剂，例如憎水剂、着色剂等，并且浸渍处理过程提供了其他具有附加价值的木材性质，例如提高的尺寸稳定性和颜色。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述“处理的阻燃剂”的加热(固定)过程的温度范围为50℃至150℃。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，耐久性阻燃剂[dFR]或阻燃剂[FR]在窑炉中进行热改性时的热改性温度范围为150℃至250℃。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品分别满足澳大利亚丛林防火标准(AS3959 BAL29)和美国森林防火标准(ASTM E 84)。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述木质纤维素材料选自以下木材种中的任一种：辐射松(pinus radiata)、西部红雪松和其他雪松、花旗松、南方黄松、欧洲赤松、肯宁南洋杉、以及所有其他软木型和硬木型的松树、和/或其组合。
使用组合的耐久性和阻燃性的木材和工程化木制品的增强
性能
[0001] 相关申请
技术领域
[0003] 本文描述了使用木材防腐剂(耐久性)和阻燃剂[FR]的不同组合来增强木材和工程化木制品(EWP)的性能。更具体地，利用浸渍、喷雾、沉浸、雨淋系统、或以不同组合的处理方法或过程，及其木制品。所用的木材防腐剂由铜基和非铜基的批准的制剂、和基于碱金属硅酸盐、碱金属铝酸盐的阻燃剂[FR]以及其他化学添加剂组成，以实现增强的性能。
背景技术
[0004] 由于需求并且需要增强未处理、处理的(耐久性)和工程化的木制品的性能，对处理浸渍(木材改性)和其他所施用的喷雾、沉浸和雨淋系统领域的开发已大大增加。
[0006] 而传统的化学处理木料(木材防腐剂)涉及到使用各种真空和压力循环，用化学防腐剂和其他类似成分浸渍木质纤维素材料，如木材和工程化木制品(通常仅限于干基材)，以提供“可用空间”从而满足额外的流体吸收“工作溶液”的要求。将组合的阻燃剂[FR]添加到在木材防腐剂中，成为“工作溶液”的形式，然后将其浸渍到木材中，这确定了整个木材基材的处理渗透的效果。
[0007] 木材处理必须满足现行的耐久性标准(例如H3、H4、H5)中规定的必需的产品渗透水平和保留量(即负载，kg/m3)。阻燃剂[FR]的渗透和保留量不是规定性的，而是依赖于丛林防火(澳大利亚)和森林防火应用对产品性能的要求。
[0008] 从以上内容可以看出，利用耐久性和阻燃性相结合来覆盖H3、H4、H5(澳大利亚)和美国等效用户类别(UC-3、UC-4和UC-5)的所有主要处理危害类别，存在增强木材和工程化木制品的性能的全球机会。满足澳大利亚标准(AS3959——针对在丛林火灾易发地区建筑施工，暴露于BAL-29和BAL-40)的耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品的使用量很大，因为它涵盖了澳大利亚大部分人口稠密的州和地区，包括：维多利亚、新南威尔士、南澳大利亚、澳大利亚首都领地(ACT)和西澳大利亚——澳大利亚大部分地区。当前，由于本地硬木的供应有限，并且无法生产出满足防火测试标准的耐久性阻燃剂[dFR]处理的产品，因此在丛林火灾易发的地区，几乎没有木材和工程化木制品。
[0009] 澳大利亚丛林防火市场规模约为每年4亿澳元，并且随着“丛林火灾易发地区”的扩大而继续增长。理想地，辐射松主要被用于制造耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品是合适的，因为资源(森林)在澳大利亚、新西兰和智利都很容易获得。辐射松是一种可再生产品，成本相对较低，并且可以容易地使用现有的厂房和设备进行处理和加工。整合到现有的处理/木材加工操作中的操作和资金成本都相对较低。生产耐久性阻燃剂处理的木制品的附加值是多方面的，包括森林(原料)、化学制造、化学处理、木材加工以及更多的分销和储存附加值。
[0010] 耐久性阻燃剂[dFR]的木制品的应用包括广泛的户外应用，包括：装饰、围栏、结构性承重/托梁、景观；以及涂底漆产品，包括：挡风板和装饰板。另外，还应用于将耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品提供给具有较高保留量的应用，例如围栏、立柱和传动杆等。
[0011] 美国森林防火市场每年超过15亿美元，并继续呈指数增长。同样，在美国森林防火市场上，使用耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品符合美国相关标准，并且可以按照与澳大利亚丛林防火市场生产的产品相同的方式生产，因为测试要求非常相似。
[0013] 为了使“浸渍改性”发生，浸渍剂分子(化学品)的尺寸必须足够小，使其能够进入细胞壁(孔径小于5nm)。随着木材膨胀，细胞壁中的空隙体积(“微孔”)增加，然后被液态化学品(称为“工作溶液”)填充，其中，液态化学品通过各种反应机理进行化学固定。
[0014] 从以上内容可以看出，需要使用木材防腐剂(耐久性)和阻燃剂[FR]的不同组合来增强木材和工程化木制品(EWP)的性能，或者至少为公众提供有用的选择。
[0015] 通过仅作为示例的方式给出的随后描述，处理方法或过程及其木制品的其他方面和优势将变得显而易见。发明内容
[0016] 本文描述了使用组合的耐久性和阻燃性来增强木材和工程化木制品的性能，其包括数个方面。第一方面在于产品制剂，其产生了用于化学浸渍的耐久性阻燃剂[dFR]的单相“工作溶液”。第二方面在于木材浸渍处理过程，以及第三方面在于加热(固定)过程，其确保将浸渍的化学品牢固地固定在木材结构中。
[0017] 在第一方面，提供了一种赋予木质纤维素材料增强的耐久性和阻燃性能的方法，包括：
[0018] 木材防腐剂；和
[0019] 阻燃剂[FR]，由碱金属硅酸盐和/或碱金属铝酸盐组成，它们利用浸渍处理过程和/或喷雾、沉浸、雨淋系统，从而实现化学渗透到木质纤维素材料的细胞内部空隙中，并通过随后的加热步骤成为不溶的(固定的)。
[0020] 在第二方面，提供了一种木质纤维素材料产品，其由赋予木质纤维素材料增强的耐久性和阻燃性的方法生产，该木质纤维素材料包括：
[0021] 木材防腐剂；和
[0022] 阻燃剂[FR]，由碱金属硅酸盐和/或碱金属铝酸盐组成，它们利用浸渍处理过程和/或喷雾、沉浸、雨淋系统，从而实现化学渗透到木质纤维素材料的细胞内部空隙中，并通过随后的加热步骤成为不溶的(固定的)。
[0023] 上述优势包括将木材防腐剂(化学品)和阻燃剂[FR]结合在一起的产品制剂，其提供了丛林火灾易发地区和森林火灾易发地区所需的增强的耐久性和阻燃性。阻燃剂[FR]本身在户外应用中的价值有限，并没有真菌腐朽(腐蚀)和虫害(白蚁)的组合的耐久性。此外，当使用各种处理方法施用时，包括阻燃剂[FR]的产品制剂不以任何方式阻止或阻碍水性木材防腐剂的正常渗透和保留性能。使用这些制剂的处理符合木材防腐的适当行业标准。这种处理方法的优势在于，它结合了完整的浸渍步骤，以在经处理的木材和工程化木制品中实现耐久性和阻燃性。本发明的另一个有利效果是，经处理的木料(危害等级为H3、H4和H5)可以达到一定的阻燃水平，使其符合澳大利亚丛林防火标准(AS 3959-2009)，并且可能符合美国森林防火标准。处理方法是通用的，因为大量经处理的木材可以实现耐久性阻燃，例如：辐射松、湿地松(pinus elloitti)、南洋杉(肯宁南洋杉)、花旗松(俄勒冈州松)、pinus carribaea(黄松、南方黄松)、雪松(西部红雪松)。最后，本发明的意义和影响是耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品遍及整个木材基材而被完全浸渍，从而使其可以用于未上漆和上漆处理的木制品。而且，这种耐久性阻燃剂[dFR]使用单一的均质“工作溶液”，在现有的处理厂房中就能够实现所需的单一处理和加热(固定)过程，这是最有利的。附图说明
[0024] 通过仅作为示例的方式给出的随后描述，并且参考附图，使用木材防腐剂(耐久性)和阻燃剂[FR]的不同组合来增强木材和工程化木制品(EWP)的性能的其他方面将变得显而易见，其中：
[0025] 图1示出了HRR热曲线，其显示了1800秒(30分钟)里的HRR峰值和HRR平均值。具体地，热释放速率(HRR)：风化后测试(经改进的ASTM D2898方法B)和燃烧测试AS/NZS 3837之后的耐久性阻燃剂[dFR]处理的木材样品(FH6239-15-25-1/2/3)；
[0026] 图2示出了HRR热曲线，其显示了相对于未经处理的木材，600秒(10分钟)里的HRR峰值和HRR平均值。具体地，辐射松的热释放速率(HRR)：风化后测试之后的耐久性阻燃剂[dFR]处理的木材样品(FH6239-15-25-1/2/3)相比于未处理的木材样品；
[0027] 图3示出了质量损失速率(MLR)：对于辐射松，耐久性阻燃剂[dFR]处理的木材样品FH6239-15-25-1、FH6239-15-25-2和FH6239-15-25-3在燃烧测试过程中的质量损失(所有材料均完成了ASTM D2898的风化后测试)；以及
[0028] 图4示出了防火测试证书(BRANZ参考号FH10105-001)。
具体实施方式
[0029] 如上所述，本文描述了使用组合的耐久性和阻燃性来增强木材和工程化木制品的性能，其包括数个方面。第一方面在于产品制剂，其产生了用于化学浸渍的耐久性阻燃剂[dFR]的单相“工作溶液”。第二方面在于木材浸渍处理过程，以及第三方面在于加热(固定)过程，其确保了将浸渍的化学品牢固地固定在木材结构中。
[0030] 为了本说明书的目的，术语“约”或“大约”及其语法变体是指量、水平、程度、值、数目、频率、百分比、尺寸、大小、含量、重量、或长度以多达参考的量、水平、程度、值、数目、频率、百分比、尺寸、大小、含量、重量、或长度的30％、25％、20％、15％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％的变化。
[0031] 术语“基本上”或其语法变体是指至少约50％，例如75％、85％、95％或98％。
[0033] 术语“耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品”或其语法变体是指浸渍至木质基材中的耐久性木材(化学)防腐剂和阻燃剂的组合。耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品在满足澳大利亚标准(AS3959-2009，针对在丛林火灾易发地区建筑施工)方面取得了全球首创，可承受最高达BAL-29和BAL-40(丛林防火危害等级)的暴露条件。
[0034] 术语“增强的耐久性”或其语法变体是指对真菌腐朽、腐烂、虫害如白蚁的抵抗力。
[0035] 在第一方面，提供了一种赋予木质纤维素材料增强的耐久性和阻燃性能的方法，包括：
[0036] 木材防腐剂；
[0037] 阻燃剂[FR]，由碱金属硅酸盐和/或碱金属铝酸盐组成，它们利用浸渍处理过程和/或喷雾、沉浸、雨淋系统，从而实现化学渗透到木质纤维素材料的细胞内部空隙中，并通过随后的加热步骤成为不溶的(固定的)。
[0038] 产品制剂可以包含耐久性组分和阻燃剂组分，它们可以组合为单相可溶浓缩物，并且应理解为被称为用于化学(处理)浸渍的“工作溶液”。将组合的阻燃剂[FR]添加到木材防腐剂中，成为“工作溶液”的形式，然后可以将其浸渍至木材中，或者与喷雾系统、沉浸系统或雨淋系统结合使用。
[0039] 耐久性组分可以包括多种铜基和非铜基的木材防腐剂，以控制真菌腐朽和虫害(白蚁)。
[0040] 阻燃剂[FR]组分可以包括多种无机金属氧化物，其在燃烧过程中通过各种阻燃机理赋予阻燃性。此外，产品制剂可以与热改性木料(TMT)结合使用，并且可以与未处理、处理过的木材和工程化木制品使用的产品制剂相同。同样，可以用作用于处理浸渍的相同工作溶液与可以用于喷雾、沉浸或雨淋系统的制剂相同。
[0041] 在化学浸渍的情况下，组合的木材防腐剂和阻燃剂[FR]可以浸渍至木材基材中，并进一步经历加热或干燥过程以实现固定(不浸出)。
[0042] 木材浸渍处理过程可以使用赋予不同的性能标准的各种不同的处理过程方案。可以使用的标准常规木材加工处理方案不限于Bethel、酚试剂法(Lowry)、Reuping或改进的(吸收率低)方法。发明人已经发现，所有这些方法都能够潜在地实现所需的木材浸渍，其满足化学耐久性和阻燃性的渗透和保留的期望标准。发明人发现，使用化学浸渍技术可以促进单一化学品或多种化学品的组合(木材防腐剂和阻燃剂)对细胞壁的浸渍，这些化学品被“固定”在木材的细胞壁中。对于耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品，改性的实现可通过在水性化学防腐剂中添加无机碱金属氧化物阻燃剂(已批准用于H3、H4、H5、UC3A、UC3B、UC4和UC5)，然后进行加热(固定)过程。
[0043] 如上所述，对于耐久性阻燃剂[dFR]处理的木材或阻燃剂[FR]热改性的木料(TMT)，无机金属氧化物组分可以为改性的木材提供更高的阻燃性。
[0044] 不受理论的束缚，取决于所用阻燃剂的类型，可能发生各种反应机理。例如，碱金属硅酸盐的运作方式是，液态可溶性硅酸盐单体可以单体形式浸渍至木材空隙(细胞壁-内腔(lumena))，并且在加热时会发生缩合反应(脱水过程)，使得未结合的水可以聚合以生成更长链的聚合物阻燃剂(大分子)类型。在碱金属铝酸盐的情况下，它们可以的运作方式是，液态(水合)的稳定的铝酸盐可以浸渍至木材空隙中，并且在加热时可以经历脱水过程以产生不溶的铝酸盐氧化物。
[0045] 与上述相同的化学浸渍技术也可以应用于热改性木料(TMT)，类似地，改性的实现通过单独添加无机碱金属氧化物阻燃剂或无机碱金属氧化物阻燃剂与化学防腐剂组合添加，然后通过常规的热改性加热过程(170℃-230℃)来实现化学固定。
[0046] 可能需要所使用的加热(固定)过程经由多种反应机理将组合的耐久性阻燃剂[dFR]化合物固定到木材或工程化木制品中，这些反应机理包括，但不限于：脱水和/或聚合作用等。所述热能源可以是：窑炉、蒸汽、热空气和/或射频。
[0047] 用于上述处理过程的木材种类可包括，但不限于：辐射松、pinus elloitti(湿地松)、南洋杉(肯宁南洋杉)、花旗松(俄勒冈州松)、pinus carribaea(黄松、南方黄松)、雪松(西部红雪松)。
[0048] 耐久性阻燃剂[dFR]或阻燃剂[FR]组分的使用也可以应用于需要额外的防火测试的其他建筑系统，包括：AS 5637.1：2015和ISO 9705(用于内墙和天花板衬里)、ISO 5660(高层建筑)、AS/NZS 1530.8.1-2007(用于暴露于模拟的丛林火灾攻击(例如BAL 40)的建筑材料、组件和结构、以及工程化的木制品进行防火测试)。
[0049] 技术问题
[0050] 发明人发现，实现一种耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品必须确定并解决三个主要的技术挑战。
[0051] 用于结合耐久性(木材防腐剂)和阻燃剂(无机金属氧化物)作为[dFR]的产品制剂必须实现：溶液稳定性(无溶液逐步消失，无固体沉积、保持低粘度、无胶凝)，反复的压力-真空处理循环后的单相“溶液浓缩物”(负载)保持稳定，并且不受可溶性木材提取物、纤维素和木质素种类的影响。
[0052] 所使用的木材防腐剂的选择可以是水基的铜和非铜活性成分。铜基木材防腐剂被批准为H3、H4和H5危险等级，而非铜基木材防腐剂仅被H3批准。
[0053] 木材浸渍处理过程可以使用赋予不同的性能标准的各种不同的处理过程方案。如上所述，所使用的包括Bethel、Lowry和Reuping的标准常规木材加工处理方案均具有内在问题，因此，存在实现处理方案的技术挑战，所述处理方案在重复的压力-真空处理循环(负载)后保持稳定且不受可溶性木材提取物、纤维素和木质素种类的影响。最终的耐久性阻燃剂[dFR]处理的木材必须达到所需的化学浸渍(“工作溶液”吸收量，L/m3)，以满足化学耐久性和阻燃性要求的渗透和保留量标准。
[0054] 发明人发现，加热(固定)过程和实现化学固定所需的不同反应机理至关重要，因为任何未固定的化学品都可能被溶解并降低制剂的耐久性组分和FR组分的性能。在碱金属硅酸盐阻燃剂的情况下，加热(110℃/80℃)时，较小尺寸的可溶性的碱金属硅酸盐的单体状态会聚合成较大的不溶性物质，该物质会化学和物理地结合在木材结构内。在使用碱金属铝酸盐阻燃剂的情况下，加热(90℃/70℃)时，可溶性的碱金属铝酸盐经历脱水过程，生成不溶性的金属铝酸盐氧化物。使用的热能源可以是窑干。
[0055] 解决问题的方案
[0056] 发明人意外地发现，对于产品制剂，配制了多种水基木材防腐剂和不同的水溶性的碱金属氧化物(硅酸盐和铝酸盐)基阻燃剂的组合，以实现稳定的、均匀的、耐久性阻燃剂[dFR]工作溶液。
[0057] 使用“文丘里管(Venturi)过滤装置”对各种耐久性阻燃剂[dFR]“工作溶液”进行了重复(600-700)“筛选”测试。该装置可以产生-70kpa至-80kpa的真空过滤，从而使工作溶液通过1-5微米(质量等级1的滤纸)，其中，相对于处理的木材防腐剂(对照)溶液测量处理的阻燃剂溶液的过滤速度(以秒/100毫升为单位)。尽管此方法可能无法再现木材浸渍过程，但它为“预筛选”耐久性阻燃剂[dFR]的工作溶液提供了一种极好的方法。使用温度(环境温度至冷藏温度，30℃至+3℃)、粘度(数字粘度计)、比重(比重计)、固体沉积(通过过滤)、颜色变化(视觉)、一段时间里(4-6个月)的搅拌和不搅拌来测量稳定性。一旦这些工作溶液满足所有需要的工作溶解度标准，就可以通过处理厂房将它们带入木材浸渍过程的下一个阶段。
[0058] 对于木材浸渍处理过程，SCION(Rotorua，NZ)和Koppers Performance Chemicals(Wiri，NZ)使用了半商业规模的处理厂房。化学处理可以在2.4m长、150mm宽、18mm至45mm厚的长板上进行，几乎涵盖了所有商业尺寸的产品。在处理浸渍过程中使用“整细胞(full 3 3
cell)”Bethel循环可以吸收550L/m至800L/m。然而，由于这些半商业性厂房按时间/体积运行，因此商业厂房中的吸收控制是易于控制的。处理后，测试返回的工作溶液的稳定性、粘度、颜色、固体等，以及由于可溶性木材提取物、纤维素和木质素种类导致的任何潜在“反冲”可能引起的任何其他质量问题，但是，并没有任何问题。承担了多次重复处理的负载(charges)。测试了耐久性阻燃剂[dFR]样品是否符合化学渗透(对于木材防腐剂和阻燃剂)和保留量(仅对于铜基木材防腐剂)。
cell)”Bethel循环可以吸收550L/m至800L/m。然而，由于这些半商业性厂房按时间/体积运行，因此商业厂房中的吸收控制是易于控制的。处理后，测试返回的工作溶液的稳定性、粘度、颜色、固体等，以及由于可溶性木材提取物、纤维素和木质素种类导致的任何潜在“反冲”可能引起的任何其他质量问题，但是，并没有任何问题。承担了多次重复处理的负载(charges)。测试了耐久性阻燃剂[dFR]样品是否符合化学渗透(对于木材防腐剂和阻燃剂)和保留量(仅对于铜基木材防腐剂)。
[0059] 加热(固定)过程使用SCION(Rotorua，NZ)的半商业规模的加热窑炉(大的错流和长的水平窑炉)以干燥产品。板的干燥尺寸为：2.4m长、100mm-150mm宽、18mm-45mm厚，几乎覆盖了所有使用的商业尺寸。
[0060] 在使用碱金属硅酸盐阻燃剂的情况下，使用加热温度(110℃/80℃)进行聚合并增加分子大小，从而确保发生固定，进而产生不可浸出的耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品。在使用碱金属铝酸盐阻燃剂的情况下，加热(90℃/70℃)时的可溶性的碱金属铝酸盐经历脱水过程，生成不溶性金属铝酸盐氧化物，产生不可浸出的耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品。使用的热能源是窑干。
[0061] 以下描述了与耐久性阻燃剂[dFR]的产品制剂、木材浸渍处理过程、加热(固定)过程、以及喷雾、沉浸或雨淋系统的其他应用相关的本发明的一些优选实施方案，以提供木材和工程化木制品的增强的耐久性和阻燃性。本发明决不限于这些实施方案，因为它们仅是为了示例本发明，并且在不脱离本发明范围的情况下，可能的变化方案和修改会是显而易见的。
[0062] 耐久性阻燃剂[dFR]的产品制剂可以由耐久性组分和阻燃剂[FR]组分组成，二者可以结合以制成单一的组合制剂，然后将其进一步浸渍至木材中并通过加热过程进行固定，从而制成耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品。
[0063] 木材浸渍处理过程的步骤可以进一步包括：
[0064] a)将木料装载入木材处理室(可以是圆柱形或方形容器)中，然后密封关闭；
[0065] b)然后在真空(-85kPa)下用各种“工作溶液”充满该室，从而使得吸收(化学吸收，3
L/m)发生；
L/m)发生；
[0066] c)根据所使用的处理过程，即Bethel、Lowry、Reuping或改进的过程，然后施加各种压力(1300kpa至1500kpa)和真空(-85pka)循环并持续30至180分钟，以达到“工作溶液”的目标吸收量，其范围为400L/m3至800L/m3；以及
[0067] d)一旦木料完全浸渍了所需量的耐久性阻燃剂[dFR]，然后进入下一个加热(固定)处理阶段。
[0068] 本领域技术人员应当理解，上述操作参数仅是指示性的，并且这些操作参数的全部范围在下面进一步概述。
[0069] 关于加热(固定)过程，一旦处理的阻燃剂“工作溶液”浸渍至木材中(通过处理过程)，则木材会经历基于时间/温度方案的加热(固定)处理过程。时间/温度方案基于24至84小时的时间范围和130℃至60℃的温度范围(输入/输出)。时间/温度范围参数对于优化化学固定和对于不损害木材强度至关重要。
[0070] 为了评估和量化化学固定过程的有效性，对木材防腐剂(溶解的铜唑-dCA)和阻燃剂(碱金属硅酸盐)均进行了浸出测试(浸出测试EN 84方法)。消耗速率的结果在后面的实施例中描述。碱金属铝酸盐的化学固定是通过在风化后测试(ASTM D2898方法B)计算出的化学保留量来测量的，而阻燃剂的化学保留量是通过进行的实际燃烧测试(AS/NZS3837)来测量的。
[0071] 在第二方面，提供了一种由赋予增强的耐久性和阻燃性的方法制备的木质纤维素材料产品，所述木质纤维素材料包括：
[0072] 木材防腐剂；和
[0073] 阻燃剂[FR]，由碱金属硅酸盐和/或碱金属铝酸盐组成，它们利用浸渍处理过程和/或喷雾、沉浸、雨淋系统，从而实现化学渗透到木质纤维素材料的细胞内部空隙中，并通过随后的加热步骤成为不溶的(固定的)。
[0074] 在化学浸渍的情况下，将耐久性阻燃剂[dFR]或仅将阻燃剂[FR]浸渍到热改性木料[TMT]中。化学浸渍后，将[dFR]或[FR]产品放入特定的“热改性热窑”中，在此经过一系列处理步骤达到至少190℃且最高达250℃的温度，在该点处发生热改性。最终产品为耐久性阻燃剂热改性木料[dFR-TMT]和阻燃剂热改性木料[FR-TMT]。
[0075] 上面描述的实施方案也可以广义地说成包括在本说明书中单独地或共同地指代或指示的部分、要素和特征，以及任何两个或多个所述部分、要素或特征的任何组合或全部组合。
[0076] 此外，在本文中提及具有与实施方式相关的本领域中的已知等同物的特定整数的情况下，这些已知等同物被认为并入本文而单独提出。
[0077] 工作实施例
[0078] 现在通过参考具体实施例描述使用木材防腐剂(耐久性)和阻燃剂[FR]的不同组合的木材和工程化木制品(EWP)的上述增强性能。
[0079] 实施例1
[0080] 耐久性阻燃剂的化学制剂
[0081] 耐久性阻燃剂[dFR]的产品制剂由耐久性组分和阻燃剂[FR]组分组成，它们结合在一起产生了被称为“工作溶液”的单相制剂，该制剂被进一步浸渍至木材中并通过加热过程被固定，从而产生了耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品。耐久性组分和阻燃剂组分概述如下，实施例1和2的产品制剂也是如此。
[0082] 耐久性阻燃剂的化学制剂包括：
[0083] 1.耐久性组分，包括用于控制真菌腐朽、霉菌和虫害(白蚁)侵袭的多种木材防腐剂。所述多种木材防腐剂扩展到铜基制剂和非铜基制剂，铜基制剂包括：铬化砷酸铜(CCA)、溶解的铜唑(dCA)、微粉化的铜唑(mCA)、碱性铜季铵盐(ACQ)、微粉化的铜季铵盐(mCQ)；以及非铜基制剂包括：水基唑，三唑，包括丙环唑、戊唑醇、环唑醇，和氨基甲酸酯，包括碘丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)。
[0084] 2.阻燃剂组分，包括多种无机金属氧化物，它们在燃烧(火烧)过程中通过不同的阻燃机理赋予阻燃性。所述多种无机金属氧化物包括可溶性的碱金属硅酸盐，例如硅酸钠(正硅酸钠、偏硅酸钠、二硅酸钠和三硅酸钠)、硅酸钾、硅酸锂；和可溶性的碱金属铝酸盐，包括铝酸钠和铝酸钾。所述多种阻燃剂[FR]无机金属氧化物还扩展到氧化铝纳米颗粒(分散体)、硅酸铝纳米颗粒(分散体)和二氧化硅纳米颗粒分散体。
[0085] 为了最好地理解本发明的原理，提供以下另外的工作实施例仅用于说明目的。
[0086] 实施例1A.铜基(耐久性)阻燃剂制剂
[0087] 将28克铝酸钠[Na2Al2O4]溶解在3克葡萄糖酸钠(葡萄糖酸盐)和75克水的溶液中，以产生澄清且稳定的液态铝酸钠溶液。然后向稳定的铝酸钠溶液中添加2克溶解的铜唑(9质量％的铜，0.5质量％的唑)以生产耐久性阻燃剂的化学制剂(工作溶液)，如以下表1所示：
[0088] 表1.以下为耐久性阻燃剂(工作溶液)的实施例
[0090] *稳定剂为葡萄糖酸盐(葡萄糖酸钠)
[0091] 实施例1B：非铜基(耐久性)阻燃剂制剂
[0092] 将12.5g的可溶性硅酸钠[40％的Na2SiO3]溶解在2g水基唑(Aquazole-PTPm)和75g水的溶液中，以产生乳白色乳液。耐久性阻燃剂的化学制剂(工作溶液)如以下表2所示：
[0093] 表2.以下为耐久性阻燃剂(工作溶液)的实施例
[0094]化学成分 含量％ 实际含量
硅酸钠[SSi] 5％ 12.5g
水基唑(*水唑-20％唑) 2％ 2g
余量为水 93％ 余量为水
总计 100％ 100ml
硅酸钠[SSi] 5％ 12.5g
水基唑(*水唑-20％唑) 2％ 2g
余量为水 93％ 余量为水
总计 100％ 100ml
[0095] *Aquazole[PTPm]：10％丙环唑-[P]，10％戊唑醇-[T]，5％氯菊酯[Pm]
[0096] 3.在水和溶剂体系中使用氧化铝[Al2O3]纳米颗粒(分散体)、硅酸铝[Al2O3·SiO2]纳米颗粒(分散体)和二氧化硅[SiO2]纳米颗粒分散体作为阻燃剂组分。纳米颗粒分散体是氧化铝[Al2O3]、硅酸铝[Al2O3·SiO2]和二氧化硅[SiO2]在水中或在各种有机溶剂(例如乙醇或矿物油)中的悬浮液，粒径范围通常为10nm-200nm(纳米)。可以与这些纳米颗粒分散体一起使用的有机溶剂的范围包括：乙醇、矿物油及其他有机溶剂，包括高级芳烃、低级芳烃和二醇(乙二醇和丙二醇)。
[0097] 4.耐久性阻燃剂[dFR]或阻燃剂[FR]组分在树脂体系(例如胶层添加剂(GLA)、层压板或压缩件)中的用途。酚醛树脂包括：苯酚甲醛、尿素甲醛、间苯二酚、三聚氰胺尿素甲醛。树脂体系应用包括：胶合板、竹材(层压的和压缩的)、刨花板和单板层积材(LVL)。
[0098] 实施例2
[0099] 木材浸渍处理过程
[0100] 通过压力方法对木材进行防腐处理是首选的商业方法，因为它在控制条件和有效性方面实现了更高的效率，从而获得了工作溶液的更均匀、更深的渗透和更大的吸收。处理厂房的一端或两端都有一扇门，用于接收未处理的木材(装料)，然后将其装载入容器中以准备进行处理。该厂房具有各种已知的辅助设备，例如工作罐、溢流管线、控制装置、真空泵和压力泵，以传递多个处理方案。
[0101] 有两种类型的压力处理方法：首先是“空细胞法”，在应用木材防腐剂“工作溶液”之前先对木料施加压缩空气。将木材防腐剂从在其中空气与防腐剂交换的平衡罐添加到容器中。通过捕集细胞中的空气并在处理后释放压力，被捕集的空气膨胀并迫使防腐剂流出，并最终抽真空以去除其他溶液。该法在细胞腔中没有保留任何防腐剂，并且回收了许多使用的防腐剂。
[0102] “满细胞法”使用初始真空从细胞中除去大量空气，从而除去了防止防腐剂渗透的气垫。该法实现了化学防腐剂在木材处理中的最大保留。
[0103] 还有一种“改进的满细胞法”，它与“满细胞法”基本相同，除了它使用较低水平的初始真空并且通常使用扩展的最终真空。改进的满细胞法是使用水性防腐剂处理木材的最常用方法。
[0104] 在木材处理中，“量身定制”至关重要，并且各种危险类别或用户类别(H3、H4、H5，或UC3B、UC4B)必须通过渗透和保留来达到合规性。渗透和保留随处理过程而异，因此对于适当的木材种类、等级和大小，正确的处理时间方案至关重要。
[0105] 使用耐久性阻燃剂[dCA]进行的处理可以通过“满细胞法”、“改进的满细胞法”和“低吸收法”来实现，以实现渗透和保留方面的合规性。为达到所需的耐久性负载(对于H3 dCA)和足够的阻燃剂负载[FR，kg/m3]，以满足澳大利亚丛林防火标准(AS3959-2009)和美国“火焰蔓延”测试要求所指定的热测试标准。
[0106] 使用非结构等级(装饰)和结构(mgp-10)等级(承重)辐射松(使用“满细胞法”完全浸渍)，会产生(工作溶液的)以下化学吸收量和铜[H3ca]和阻燃剂[FR]的保留量，如表3所示：
[0107] 表3：
[0108] 使用耐久性阻燃剂[dFR-H3ca+碱金属铝酸盐]工作溶液进行化学处理的浸渍处理数据，并显示化学吸收量(L/m3)和保留量(kg/m3)。
[0109]
[0110]
[0111] 基于22mm和45mm厚度的这些化学吸收量(L/m3)，所有耐久性组分——溶解的铜唑3 3 3
(dCA)(对于H3危险等级)达到了所要求的1.1kg/m的保留量(如果基于440kg/m至480kg/m的木材密度，则等同于保留率变为0.025质量％至0.023质量％的铜)。使用较低吸收法，可以增加耐久性阻燃剂[dFR]的“工作溶液”，以实现所需的相似或更高的保留量。类似地，可以增加对阻燃剂[FR](在这种情况下为碱金属氧化物)的吸收，以满足所需的阻燃性。还可以使用耐久性组分的更高危险等级，即H4和H5，从而增加可溶性铜唑情况下的负载，H4的负载增加至2.0kg/m3(0.42质量％的Cu)，H5的负载增加至3.6kg/m3(0.76质量％的Cu)，但是FR的负载保持不变。
(dCA)(对于H3危险等级)达到了所要求的1.1kg/m的保留量(如果基于440kg/m至480kg/m的木材密度，则等同于保留率变为0.025质量％至0.023质量％的铜)。使用较低吸收法，可以增加耐久性阻燃剂[dFR]的“工作溶液”，以实现所需的相似或更高的保留量。类似地，可以增加对阻燃剂[FR](在这种情况下为碱金属氧化物)的吸收，以满足所需的阻燃性。还可以使用耐久性组分的更高危险等级，即H4和H5，从而增加可溶性铜唑情况下的负载，H4的负载增加至2.0kg/m3(0.42质量％的Cu)，H5的负载增加至3.6kg/m3(0.76质量％的Cu)，但是FR的负载保持不变。
[0112] 实施例3
[0113] 加热(固定)过程
[0114] 一旦经处理的阻燃木料经过处理后，则具有较高的水分含量(％mc)，范围为60％至200％，需要干燥使其低于18％mc才能转售。在干燥过程中，使用各种窑炉方案来控制预定时间的温度(设定点)、气流(风扇)和相对湿度。窑炉方案要求入口温度(湿球)的温度范围为60℃至90℃，出口温度(干球)的温度范围为90℃至130℃。时间/温度方案基于24到84小时的时间范围和130℃到60℃的温度范围(输入/输出)。时间/温度范围参数对于优化化学固定效果且不损害木材强度至关重要。可以使用其他潜在的热源，例如蒸汽、射频和微波技术。
[0115] 在使用耐久性阻燃剂[dFR]——碱金属硅酸盐[FR]的情况下，加热(固定)过程实现了两个重要过程，首先是降低水分含量(<18％mc)，其次是提供能量来激活缩合反应机理(脱水过程)，从而使阻燃剂(硅酸盐离子)中未结合的水分子发生聚合(或部分聚合)，从而在木材细胞中产生更大且键合的分子。如表4和表5所示，可溶性铜唑和阻燃剂(碱金属硅酸盐)的浸出测试(浸出测试EN 84方法)支持并验证了该固定过程。
[0116] 在使用耐久性阻燃剂[dFR]——碱金属铝酸盐[FR]的情况下，加热(固定)过程(90℃/70℃)同样实现了两个重要过程，首先是降低水分含量(<18％mc)，其次是进行脱水过程，以产生不溶性金属铝酸盐氧化物，从而产生不可浸出的耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品。通过风化后测试(ASTM D2898方法B)计算出的化学保留量和通过实际燃烧测试测量的阻燃剂(AS/NZS3837)的化学保留量支持并验证了碱金属铝酸盐的固定过程，参见表6。
[0117] 为了评估和量化化学固定过程的有效性，对木材防腐剂(溶解的铜唑-dCA)和阻燃剂(碱金属硅酸盐)均进行了浸出测试(浸出测试EN 84方法)。消耗速率的结果在实施例3中概述。加热(固定)过程在表4和5中。碱金属铝酸盐的化学固定是通过风化后测试(ASTM D2898方法B)计算出的化学保留量来测量的，而阻燃剂的化学保留量是通过进行实际的燃烧测试(AS/NZS3837)后测量的，参见表6。
[0118] 表4
[0119] 浸出(固定)：使用碱金属硅酸盐制成的耐久性阻燃剂[dFR]显示了辐射松的来自浸出测试方法EN84的铜(木材防腐剂，pCu)的损失(消耗)速率。
[0120]
[0121] 耐久性阻燃剂(对于碱金属硅酸盐)中铜的浸出(浸出溶液)结果(样品4、6、14)给出了从第1天(0.48％)到第8天(0.36％)的平均梯度下降率为24％，以及从第8天(0.36％)到第14天(0.16％)的平均梯度下降率为55％。铜[Cu]的损失速率完全在保持所需危险等级的木材耐久性在可接受的水平之内。
[0123] 表5
[0124] 浸出(固定)：辐射松的阻燃剂[FR]的损失速率(浸出测试方法EN84)。
[0125]
[0126] 阻燃剂[FR](碱金属硅酸盐)的浸出(浸出溶液)结果(样品4、6、14)给出了从第1天(1.5％)至第8天(1.0％)的平均梯度下降率为33％，以及从第8天(1.0％)到第14天(0.83％)的平均梯度下降率17％。该阻燃剂[FR]的消耗速率完全在维持抑制火燃烧所需的高水平的阻燃性在可接受的水平内。
[0127] 浸出测试EN84方法：浸出测试样品的处理方法与浸渍之前相同(65％RH和20℃直至平衡水分含量)。根据EN84进行浸出。用量约为样品体积的五倍的去离子水覆盖样品，然后放入浸渍容器中。样品在0.04巴的真空中保持20分钟。真空处理后，在第一次更换水之前，样品在水中保持2小时。将试样浸入去离子水中14天。从每个样品容器中收集5ml浸出水，合并，进行化学分析。换水和收集水样进行十次。
[0128] 表6：风化后化学保留量——铜[Cu]和碱金属铝酸盐的阻燃剂[FR]
[0129]
[0130] *关于渗透和保留量的澳大利亚标准AS1604.1-2012
[0131] 浸出(固定)：化学浸出结果是在加速的风化测试后获得的(这是根据AS 3959-2009，加速的风化测试方法ASTM D2898方法B，其中水流速率根据ASTM D2898方法A改进)。
风化后的铜[Cu]和阻燃剂[FR-碱金属铝酸盐]的化学保留量参见表6。
风化后的铜[Cu]和阻燃剂[FR-碱金属铝酸盐]的化学保留量参见表6。
[0132] 风化后的铜[Cu]和阻燃剂[RF]的保留量达到了铜[H3]和阻燃剂[FR]的保留量的目标保留水平，这满足了根据AS 3959的澳大利亚丛林防火标准(在丛林火灾易发地区承受最高达BAL-29条件的暴露的建造)所要求的后续燃烧测试[AS/NZS 3837]的要求。参考图4：防火测试证书(FH10105-001)。该防火测试证书是全球首个通过使用“耐久性阻燃剂(FR)处理的木制品”的证书。
[0133] 反应机理：碱金属铝酸盐和碱金属硅酸盐
[0134] 碱金属铝酸盐：
[0135] 实例:Na2Al2O4(固体)
[0136] 或水合为可溶性的2NaAl(OH)4+热(90℃/70℃)＝Al2O3(不溶的)+Na2O
[0137] 碱金属硅酸盐：
[0138] 实例：Na2SiO3(固体)
[0139] 或水合为可溶的Na2O:SiO2+热(120℃/80℃)＝SiO2(不溶的)+Na2O
[0140] 实施例4
[0141] 热释放速率(HRR)
[0142] 根据澳大利亚丛林防火标准AS 3959-2009——用于在丛林火灾易发地区建筑施工，其规定如下：
[0143] 附录F：用于丛林防火木料(规范的)
[0144] F1概述：实木、层压或重组形式的丛林防火木料，被认为可以承受BAL-29条件下的暴露。木料可以通过以下一种或多种方式实现“丛林防火”：(a)材料本身的固有特性；(b)浸渍阻燃化学品；或(c)应用防火涂料或基材。
[0145] F2测试：以下适用于：(a)满足丛林防火木料的要求，木料应根据AS/NZS 3837进行测试并应符合以下标准：
[0146] (i)最大热释放速率应不大于100kW/m2
[0147] (ii)当该材料暴露在25kW/m2的辐照水平下时，其点燃10分钟里的平均热释放速率应不大于60kW/m2。
[0148] F3加速风化：在根据AS/NZS 3837进行测试之前需要加速风化的情况下，外部阻燃剂涂覆的基材应经受ASTM D2898方法B的风化处理，其中水流速率被更改为与ASTM D2898方法A中的相同。
[0149] 满足澳大利亚丛林防火标准(AS3959)的关键因素是达到所需的峰值热释放速率(HRR)和平均HRR值，如附录F所述。热释放速率(HRR)是火产生热量的速率，测量单位通常为kW/m2。
[0150] 用锥形量热仪(位于Branz)评估防火性能，例如热释放速率(HRR)、着火退化、点燃时间(Tg)、质量损失速率(MLR)和用于计算燃烧过程中产生的烟雾程度的烟雾消光面积(SEA)。
[0151] 表7：热释放速率(HRR)和质量损失(MLR)：对于耐久性阻燃剂[dFR]碱金属铝酸盐[FH6239-25-1/2/3]相比于未处理的辐射松样品[FH5777-25-2/3]，另外参考图1、2和3。
[0152]
[0153]
[0154]
[0155] 表8.测试结果
[0156] HRR(峰值和平均值)和燃烧时间的测试结果
[0157]
[0158]
[0159] *HRR峰值和HRR平均值的测试结果均通过。
[0160] 风化后以及燃烧测试后的HRR峰值和HRR平均值测试结果均通过澳大利亚丛林防火标准(AS3959)附录F(用于丛林防火木料)规定的小于100kW/m2(对于HRR峰值)和小于60kW/m2(对于HRR平均值)的要求。
[0161] 满足针对暴露于BAL-29的丛林防火标准的实现，是阻燃剂木制品首次达到这一里程碑，更不用说实现该里程碑的经耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品。
[0162] 图1示出了显示1800秒(30分钟)内的HRR峰值和HRR平均值的HRR热曲线。热释放速率(HRR)：在风化后测试(改进的ASTM D2898方法B)和燃烧测试AS/NZS3837(参考防火测试证书——图4)后的耐久性阻燃剂[dFR]处理的木材样本(FH6239-15-25-1/2/3)。
[0163] 图2示出了显示相对于未处理的木材600秒(10分钟)里的HRR峰值和HRR平均值的HRR热曲线。热释放速率(HRR)：风化后的耐久性阻燃剂处理的木材样品(FH6239-15-25-1/2/3)相比于未处理的辐射松木材样品——图2。
[0164] 燃烧测试-AS/NZS 3837(锥形量热仪)。
[0165] 风化后燃烧测试是所有测试中最重要的，因为它确定了两个关键的决定性的HRR峰值和HRR平均值，其必须小于100Kw/m2(对于HRR峰值)和小于60kW/m2(对于HRR平均值)。所有这三个结果必须在10％的算术平均方差内。熄火时间减去点燃时间(Tg)后给出的燃烧持续时间必须大于60秒，否则重新插入点火器。
[0166] 阻燃剂[FR]反应(Rx)的机理
[0167] 用于测量浸渍到木材中的各种阻燃剂的燃烧(HRR，Tg，SEA等)的锥形量热仪(AS/NZS 3837)通过不同的反应(Rx)机理进行操作。主要的操作方式是；为木材提供隔热，吸收周围的热量或增加木材的热导率以分散木材表面的热量。
[0168] 燃烧时的碱金属硅酸盐(FR)遵循“陶瓷化”反应机理，从而形成隔热层，该隔热层在较高温度下提供辐射屏蔽作用，从而延迟了热解产物的挥发，并防止热量再循环回到木材中。碱金属硅酸盐具有很高的热容量(“陶瓷化”)，从而将热量包含在木材基材中，但是，随着热量的积累(在较高的温度下)，它会达到迅速释放能量(热量)的点，进而产生较高的HRR峰值。在达到HRR峰值后，HRR会迅速下降，得到较低的HRR平均值。
[0169] 燃烧时的碱金属铝酸盐[FR]遵循“水合”反应机理，由此水合的可溶形式的碱金属铝酸盐(例如2NaAl(OH)4)通过如下方式作为木材的化学散热器：吸收一些燃烧热量，并且在吸热分解过程中降低了火焰附近的温度，结果是木材被冷却，点燃时间(Tg)增加。从水合的碱金属铝酸盐释放出的水蒸汽具有稀释燃烧气体和有毒烟雾的作用。分解会随水蒸汽冷凝(水合过程)而吸热地释放其重量的35％，并在此过程中将氧气的含量从21％降低至13％。通过水合过程增加碱金属铝酸盐浓度的关系直接降低了HRR峰值和HRR平均值。
[0170] 实施例5
[0171] 质量损失速率(MLR)
[0172] 质量损失和质量损失速率(MLR)的热分解行为反映了燃烧过程，并且与热释放(HRR)和产生的烟雾水平(SEA)有关。质量损失曲线的第一阶段是由于木材中水分的消除，而热分解过程的第二阶段(炭化)主要涉及主要木质组分的燃烧，所述主要木质组分包括纤维素、半纤维素和木质素。为了在锥形量热仪测试(AS/NZS 3837)中成功通过测试，燃烧持续时间里的质量损失必须达到在60秒内超过150g/s.m2，参考下表9：
[0173] 表9：耐久性阻燃剂[dFR]处理的木材样品(FH6239-15-25-1/2/3)在燃烧持续时间里的质量损失(计算值)。
[0174]
[0175] 实施例6
[0176] 烟雾比消光面积(SEA)
[0177] 给定材料(例如木材)产生的烟雾的一个方便而基本的度量是烟雾(比)消光面积(SEA)，以m2/kg为单位。当涉及火灾中人类的影响和生存(人类安全)时，热释放速率(HRR)与比消光面积(SEA)之间的关系非常重要。对于澳大利亚丛林防火标准(AS 3959-2009)，烟雾生成不是成功的标准，但是对于森林防火(美国)，烟雾产生(测量值)是满足消防标准的关键标准。该规范中包括：有关烟雾产生(SEA)的信息，以及耐久性阻燃剂处理的木制品与未处理的木制品的对比。
[0178] 未处理的木材(辐射松)的SEA值的平均SEA值为60m2/kg，相比之下，耐久性阻燃剂[dFR]处理的木材的SEA值要低得多，为1.4、3.5、12.0(平均5.6m2/kg)。表10显示了耐久性阻燃剂处理的木材中阻燃剂[FR]组分的影响，这在以下方面有重大影响：不仅降低了热释放速率值，而且还降低了烟雾释放性能(SEA)。
[0179] 表10
[0180] 烟雾(比)消光面积(SEA)：耐久性阻燃剂[dFR]处理的木制品与未处理的木材(辐射松)。
[0181]
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