硅基阻燃胶粘剂在胶合板中的新应用外文翻译资料

 2022-02-20 08:02

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硅基阻燃胶粘剂在胶合板中的新应用

Wen Wang a,b,1, Mauro Zammarano c,uArr;, John R. Shields c, Elizabeth D. Knowlton c, Ickchan Kim c,

John A. Gales d, Matthew S. Hoehler c, Jianzhang Li a

  1. Ministry of Education Key Laboratory of Wood Material Science and Utilization (Beijing Forestry University), Beijing Key Laboratory of Wood Science and Engineering

(Beijing Forestry University), 35 Qinghua East Road, Haidian District, Beijing 100083, China

  1. Planning and Design Institute of Forest Products Industry, State Forestry Administration of China. 130 Inner Chaoyangmen Main Street, Dongcheng District, Beijing 10083, China c Fire Research Division, Engineering Laboratory, National Institute of Standards and Technology, 100 Bureau Drive, Gaithersburg, MD 20899, United States d York University, 4700 Keele Street, Toronto, ON M3J 1P3, Canada

h i g h l i g h t s

采用 SI 胶粘剂代替传统 PU 胶粘剂, 为胶合板提供阻燃胶粘剂。

与 PU/胶合板相比, 六胶合板具有较高的阻燃性能和隔热性能。

SI 胶粘剂也得到了 CF 或 GF 的增强, 以制备具有更好防火性能的复合胶合板。

在所有胶合板类型中, 六福胶合板表现出最有效的防火屏障。

文章

信息

摘要

文章历史:

2018年5月23日收到

2018年8月18日修订版

2018年8月31日接受

关键词:

阻燃胶粘剂

硅基胶粘剂

胶合板

剪切力

燃烧性能

热量壁垒

采用有机硅基弹性体, 填充乙烯基硅烷处理的氢氧化铝, 取代传统的聚氨酯胶粘剂, 为胶合板提供阻燃胶粘剂。研究了这种硅基胶粘胶合板 (Si/hogd) 的抗剪强度和防火性能, 并与聚氨酯基胶合胶合板 (PU/胶合板) 进行了比较。在室温下, SI任何胶合板 [(0.902plusmn;0.09) MPa] 的抗剪强度比 PU/胶合板低63% 左右, 但对水的敏感性较低 (PU 胶合板减少 62%, 在 63 C 热水浸泡3小时后减少30%).采用模拟火柴-火焰点火试验 (Mydrin 试验)、横向点火和火焰扩散试验、锥形量热法和热电偶测量仪对胶合板的防火性能进行了评价。与 PU/胶合板相比, SI·胶合板具有较高的耐燃性和隔热性, 火焰扩散和热释放率较低, 具有优异的耐火性和反应-火灾性能, 并具有更好的耐火性。.SI 胶粘剂在样品表面产生了无机保护层, 在燃烧过程中明显抑制了胶合板的发光和燃烧。SI 胶粘剂还与纤维素织物 (CF) 或玻璃织物 (GF) 结合加固, 制备复合胶合板 (SI/CF/ 胶合板和 SI/GF//胶合板), 提高了防火性能。锥形量热法和热电偶测量表明, 在 SI/CF/FIFL 胶合板和 SI/GF/胶合板中分别使用 CF 或 GF, 抑制了复合胶合板的分层和开裂, 促进了有效热障的形成。在燃烧和燃烧过程中。特别是在本研究所研究的胶合板类型中, 六福胶合板表现出最有效的无裂纹形成的防火屏障和最低的热释放率。

由 Elsevier Ltd. 出版.

1.

Corresponding author.

E-mail address: mauro.zammarano@nist.gov (M. Zammarano). 1

NIST Guest Researcher from Ministry of Education Key Laboratory of Wood Material Science and Utilization (Beijing Forestry University); Beijing Key Laboratory of Wood Science and Engineering (Beijing Forestry University), Beijing 100083, China.

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.214 0950-0618/Published by Elsevier Ltd.

胶合板、纤维板、刨花板、层压单板木材和木塑复合材料等木制品为实木提供了替代品, 同时保留了具有良好性能和低成本的必要结构性能。它们已广泛应用于住宅、商业和工业建筑 [1, 2]。在北美, 大多数住宅和相当一部分低层建筑都是用木制品建造的 [3]。同时, 中高层 (6 层) 和高层 (12 层) 木结构越来越普遍 [4, 5]。用本质上易燃的木制品取代不易燃材料 (如混凝土和钢材), 增加了这些建筑物的火灾负荷和火灾危险。因此, 北美以评估和提高结构火灾中的木制品性能为重点的研究激增 [6-12], 从而对工程木材产品的防火性能制定了未注明日期的标准特别是为了解决分层问题 [13]。

火性能的两个关键方面是耐火和反应火 [14]。耐火性是指材料或系统在隔热和机械完整性评估的基础上承受高温暴露的能力。火反应定义了材料或系统将如何促进火灾发展, 并指测量, 包括可燃性、燃烧释放的能量和火焰传播。工程木材中的分层严重恶化了木材产品的防火性和反应性。它直接影响产品的结构完整性 (由于粘合剂的故障), 并导致火焰传播和热释放率的增加 (由于表面烧焦的绝缘层脱离和由此暴露的原始用于直接火焰撞击的基础材料)。

通常采用三种方法为木基产品提供更好的耐火性和阻燃性能: 化学浸渍 [2, 15–18], 将阻燃剂纳入粘合剂 [19-22], 以及阻燃涂料 [23-27]。对于化学浸渍, 处理木基产品最广泛使用的阻燃化学品是含有元素磷或硼的无机盐。然而, 磷酸盐通常对木材产品的机械性能产生不利影响。此外, 磷酸盐很容易浸出由于他们的耐水性差 [18, 28]。不推荐硼化合物, 因为它们的吸湿性可能会影响木材的尺寸稳定性 [29, 30]。同时, 这些化学物质也可能渗出, 对环境和人类健康有害 [31]。对于第二种方法, 阻燃剂的加入不可避免地增加了粘度和固化时间, 降低了胶粘剂的粘结强度 [21]。阻燃涂层, 特别是膨胀涂层, 是降低基材可燃性的一种方便而有效的方法, 但它们可能会受到老化和机械磨损/冲击的影响 [23, 27]。涂料也会影响木材的美观和外观。因此, 需要对木材产品采用耐用、高效、环保和保存木材美学的阻燃技术。

有机硅已成功地应用于阻燃领域。由于其高热稳定性、对外部热流的最小敏感性、低热释放率以及燃烧过程中产生的低毒性气体 [32–34]。Bourbigot 等人 [35] 使用了苯分枝有机硅涂层作为钢背面的热障。他们发现, 硅基涂层具有有效的防火屏障。在耐火试验中, 涂层保护钢的背面温度比无保护钢低 130°C (涂层在1100°c 左右暴露在明火中)。他们还报告说, 硅基涂层的链长和交联密度影响了其热稳定性和阻隔性能 (即防止烧焦和热屏蔽基板的能力) [36]。我们以前的研究 [37] 表明, 硅基背涂层极大地提高了纤维素织物的防火性能。

背涂层赋予纤维素织物一个有利的组合燃烧燃烧点火阻力, 而不影响织物的原始颜色和一般外观的织物的脸。硅基聚合物可用作粘合剂, 具有较高的灵活性、润湿能力、优异的耐化学性和耐候性、相对较低的固化温度以及良好的毒理学轮廓 [38–41]。更重要的是, 硅基胶粘剂由于其高热稳定性和高无机热稳定残渣的高产量, 有望在木工程产品的脱层性能方面发挥有益的作用 [42]。在这项工作中, 我们研究了使用硅基弹性体充满乙烯基硅烷处理氢氧化铝, 以提高分层和防火性能的胶合板。研究了这种硅基胶粘胶合板的抗剪强度和防火性能, 并与传统的聚氨酯基胶粘胶合板进行了比较。还探讨了纤维素或玻璃织物的使用, 以进一步提高所产生的复合胶合板的防火性能。

2.原料和方法i

    1. 原料

除非另有说明, 所有材料均按收到的用途使用。从道康宁 (美国) 购买了双组分 (基材和固化剂) 有机硅基弹性体, 由铂催化的水解 (Sylgard 184) 交联。Nabaltec ag (德国) 提供了一种乙烯基硅烷改性氢氧化铝 (Vsath) (Aprral 40 VS1)。从马龙精细化工 (美国) 中提取了一种传统的乙酸乙酯 (分析试剂)。木材用单组分聚氨酯基胶粘剂 (原装型) 是从 Titebond (美国) 购买的。在这项工作中使用的木材是卷轴锯单板的杨树 [(杨树, 1.6 毫米厚, 密度 (0.526plusmn;0.002) g/cm3] 和购买从奥库赫硬木 (美国)。纤维素织物 (CF) 为100% 棉 [白色平纹编织 (19–33) 螺纹/cm2, 面积密度为 (115plusmn;1) g/m2]。玻璃织物 (GF) 为 Style 104 [ECD 900 半, 面积密度为 (19plusmn;0.1) g/m2], 由 Hexcel (USA) 提供。

    1. 样品准备

VSATH (20.43 g) 在2500旋/敏使用无共搅拌机 (SpeedMixer, Flack Tek inc.) 分散在 sylgard 184 基 (10 克) 和乙酸乙酯 (10 克) 中5分钟。然后加入固化剂 (1 克), 再混合1分钟。由此产生的硅基 (SI) 胶粘剂通过刷子涂在单板试样的两侧。然后, 将涂布的木贴面堆叠在两个未涂布的木贴面之间, 两个相邻贴面的晶粒方向相互垂直 (图 1a)。对于含有 CF (SI变 CF 胶合板) 的复合胶合板或含有 GF (SI变 GF胶合板) 的复合胶合板, 将 CF 或 GF 与 SI 胶粘剂 (图 1b) 结合使用。在两个相邻的单板层之间放置了一个织物层。胶粘剂是用刷子涂在织物上方和下方的单板上的。所有 SI胶粘剂胶合样品都是按照这样的方法制备的, 然后是在 120°c 2小时的情况下进行热压 (M-12-1, 美国 Grimco), 压力为 5 MPa。在固化过程中, 醋酸盐完全蒸发, 并导致 si 胶粘剂中 VSATH 的最终含量达到65%。

采用相同的工艺方法制备了传统聚氨酯胶粘剂的样品, 但热压在80°c。在热压前, PU 胶粘剂和 SI 胶粘剂胶合胶合板样品中胶粘剂与木单板的质量比分别为 (20plusmn;1)% 和 (60plusmn;1)% (表 1)。在热压过程中去除了一些胶粘剂, 从而降低了胶合板中的胶粘剂含量。所有胶合板类型的最终胶合板组成和胶粘剂与木材质量的比例 (热压后) 见表1。热压后 CF 或 GF 的存在对样品中胶粘剂含量无显著影响。

i

这项工作是由美国政府的一个机构----国家标准和技术研究所 (NIST)----进行的, 根据法规, 在美国不受版权保护。任何商业产品或商品名称的识别并不意味着 NIST 的认可或推荐。NIST 的政策是在其所有出版物中使用度量单位, 并为所有原始度量提供不确定性声明。但是, 在本文档中, 显示了来自 NIST 以外的组织的数据, 其中可能包括非公制单位的测量或没有不确定性语句的测量。除非另有说明, 否则所有数据都以1r 的不确定性进行报告。

图 1. 胶合板样品的制备: (a) 无CF/GF的胶合板; (b)带有CF/GF的胶合板.

表 1

聚氨酯胶粘剂胶合板样品的组成 (PU/胶合板, PU/CF/胶合板和 PU/GF 胶合板) 和 SI 胶粘剂胶合胶合板样品 (六/胶合板、六角胶合板和六角胶合板), 包括木材、胶粘剂 (PU 或 SI)、织物 (CF 或 GF) 含量和粘接与木材的质量比 (不确定值显示为plusmn;1标准偏差)。

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