一种阻燃结构材料可以通过化学软化和压缩木材来去除细胞壁之间的空隙。当燃烧时,产生的材料在其外部形成一层保护焦层,这有助于保持其内部强度。

木材在结构应用中的使用受到其固有的可燃性和燃烧时迅速倒塌的易感性的限制。木材可以通过化学处理(如注入卤化阻燃剂或无机纳米颗粒涂层)来增强防火性能,但这些方法通常要么过于昂贵,要么达不到环境和健康标准,要么导致结构强度不足。

Liangbing胡和美国马里兰大学的同事们展示了他们创造的过程防弹木材经过密实处理(见视频)也赋予耐火性能,而无需求助于潜在的有毒或不环保的材料。

这种被胡称为“超级木材”的致密材料是首先用氢氧化钠和亚硫酸钠对木材进行化学处理,部分去除木质素,木质素是一种使细胞壁坚硬的有机聚合物。随后的热压会产生一种致密的、没有腔体的层压材料——这种微小的通道形成多孔结构,提供氧气并增加可燃性。

研究人员发现,当燃烧时,这种改性结构会在材料表面形成一层致密的绝缘焦层。总之,这些特性可以使材料的点火时间增加一倍,并将其最大放热速率降低三分之一以上。

一个图像显示的原理,自形成的木质炭化层致密木材的耐火

来源:©2019 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

木材的致密化阻碍了燃烧,并导致在燃烧过程中形成一层炭,有助于防止着火

胡说,这种新压制的材料不仅抗压强度是普通木材的3.5倍,而且“在火焰中暴露90秒后,致密木材的抗压强度也比天然木材提高了82倍以上”。他补充说,如果用于建筑,经过处理的木材“可以有效地防止木结构的倒塌和破坏,并在火灾发生时获得宝贵的救援时间”。

理查德·赫尔来自中央兰开夏大学的火灾科学研究员,他没有参与这项研究,但他表示怀疑,然而,他评论说,由于木质素是木材中最不易燃的成分,去木质素是一种不寻常的策略,可以使木材更阻燃。赫尔指出:“适度的可燃性改善来自于密度的增加和孔隙率的降低,但这也可以通过使用更便宜的成炭无机添加剂来实现。”他补充说,除了加工成本之外,木材按体积销售的事实意味着致密化将推高材料的价格。