中文摘要：

木材广泛应用于家具、地板、建筑装修等行业，许多火灾发生与蔓延都与木材直接相关，因此由木材引起的火灾是危害人居环境安全的重大问题。利用现代木材阻燃技术可有效解决木材易燃和发烟问题。本项目拟采用原子力显微镜、超低温电子显微镜、热裂解气相色谱/质谱、热脱附气相色谱/质谱等现代分析手段，研究纳米化硅、镁、硼及过渡金属的种类、粒径、晶格、化合形态对木材阻燃、抑烟、减毒特性的影响规律，探明复配协同阻燃抑烟效应，解析复配阻燃剂消烟与脱水炭化功能的耦合机理； 选择大分子有机醇调控复配木材阻燃剂界面性质，深入分析纳米阻燃剂在木材细胞中填充、凝聚区域及形貌特征，跟踪不同燃烧时段试样结构及关键化学键、炭层结构及化学构成、烟气成分及含量，阐明不同温度热裂解产物变化规律及阻燃剂各成分的消烟炭化协同效应，建立阻燃抑烟动力学模型，最终揭示复配木材阻燃剂无烟碳化诱导机制，为解决木材易燃和发烟问题提供理论依据和技术支撑。

结论摘要：

木材广泛应用于家具、地板、建筑装修等行业，许多火灾发生与蔓延都与木材直接相关，因此对木材阻燃防火处理是有效减少火灾、保障人民生命财产安全的重要手段之一。本项目使用水热晶化、纳米浇铸等方法制备纳米硅、镁、硼及过渡金属化合物复配纳米木材阻燃剂，采用扫描电子显微镜、热重-傅立叶转换红外光谱联机、光电子能谱、锥形量热等现代分析手段，研究了阻燃剂处理木材在不同燃烧时段的炭层结构及组成成分、烟气含量与成分，阐述纳米化复配阻燃剂阻燃防火协效机理与无烟炭化诱导机制。结果表明硅、镁、硼的元素种类与化合物形态等因素对木材阻燃抑烟作用有较大影响；相同条件下，微/纳米级化合物能渗透至木材纳米孔隙，与木材内部化学官能团结合，提高木材的热稳定性，也能吸附于木材表面，隔绝氧气与热量传递，阻滞木材燃烧。纳米化碱式碳酸镁、氢氧化镁、六水氯化镁等可显著降低木材燃烧的热量与烟气释放，产生较好的无烟成炭效应。综合分析燃烧产物与烟气成分表明，纳米镁系元素化合物阻燃剂主要通过自由基捕捉、热解可燃气体稀释、高温热解化学催化成炭与炭层屏蔽隔离保护等方式阻滞木材燃烧、减少有毒烟雾释放。含硅介孔分子筛分别协同复配锡与过渡金属铜阻燃剂、介孔SiO2-APP复配阻燃剂及层状磷酸锆-APP复配阻燃剂均能有效降低木材的热释放速率、总热释放量、烟生成速率和总烟释放量，促进木材残炭的生成和有效降低炭反应活性，对烟气具有高效吸附和催化转化作用，表现出显著的阻燃与抑烟特性。上述复配阻燃剂通过催化脱水成炭、隔氧、吸热等作用，减缓木材热裂解反应速率，抑制可燃性气体的生成以及覆盖可燃层的共同作用阻滞木材燃烧，并通过吸附与催化分解复合机理抑制烟雾毒气释放。为进一步明晰上述阻燃剂的作用机制，基于Popescu理论分析复配阻燃剂处理木材热解最概然机理函数及炭化各阶段自由能变化，建立了阻燃抑烟动力学模型及热力学模型。上述研究不仅为解决木材易燃和发烟问题提供理论依据和技术支撑，也为其它易燃物如聚合物的阻燃防火处理提供参考与依据。　　在本项目的资助下，现已发表学术论文18篇，其中SCI收录6篇、EI收录7篇；申请国家发明专利7件，已获授权3件；三年累计29人次参加各类学术会议。培养博士后1名、博士研究生4名、硕士研究生7名。课题组成员1人晋升为副教授，遴选为国家“万人计划”学者、国家中青年科技创新领军人才、湖南省科技领军人才各1人次。