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Erschienen in: European Journal of Wood and Wood Products 4/2023

31.01.2023 | Original Article

Thermal degradation, flame retardancy, and char analysis of ammonium phytate-based flame retardant treated loblolly pine wood

verfasst von: Shaodi Zhang, Wenli Yang, Tiantian Yang, Li Li, Mingzhi Wang

Erschienen in: European Journal of Wood and Wood Products | Ausgabe 4/2023

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Abstract

To improve the flame retardancy of wood, an ammonium phytate-based flame retardant (APFR) system was prepared via the reaction between phytic acid and urea without organic solvent purification. Loblolly pine (Pinus taeda) wood was impregnated by the APFR (APFR-W), and the flame retardancy and thermal degradation behaviors of APFR-W were studied. Compared with untreated wood (W), the total heat release and total smoke production of APFR-W (weight% gain = 27.8 ± 0.7%) were decreased by 81.5% and 43.2%, respectively. During decomposition, APFR produced noncombustible gases and phosphoric acid, which diluted the combustible volatiles and facilitated the charring reaction of cellulose. The excess urea in the system melted to absorb heat and might act as a solvent or medium to catalyze the phosphorylation of cellulose, and accordingly reduced the formation of levoglucosan and further increased the char yield. An intumescent structure was formed to protect the underlying wood. More importantly, analysis of the chemical structure of char residue indicated that a graphitized char with nitrogen and phosphorus doping was formed. This char layer acted as a highly thermally stable barrier and effectively impeded the transfer of heat and mass, leading to improved flame retardancy and smoke suppression performance.

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Literatur
Zurück zum Zitat Browne FL (1958) Theories of the combustion of wood and its control. Department of Agriculture Forest Service, Madsion, Wisconsin Browne FL (1958) Theories of the combustion of wood and its control. Department of Agriculture Forest Service, Madsion, Wisconsin
Zurück zum Zitat Hill CAS (2006) Wood Modification. Chemical, Thermal and Other Processes Hill CAS (2006) Wood Modification. Chemical, Thermal and Other Processes
Zurück zum Zitat Johns WE, Niazi KA (1980) Effect of pH and buffering capacity of wood on the relation time of urea formaldehyde resin. Wood Fiber Sci 12:255–263 Johns WE, Niazi KA (1980) Effect of pH and buffering capacity of wood on the relation time of urea formaldehyde resin. Wood Fiber Sci 12:255–263
Zurück zum Zitat Stec A, Hull R (2010) Fire toxicity. Woodhead Publishing Limited Stec A, Hull R (2010) Fire toxicity. Woodhead Publishing Limited
Metadaten
Titel
Thermal degradation, flame retardancy, and char analysis of ammonium phytate-based flame retardant treated loblolly pine wood
verfasst von
Shaodi Zhang
Wenli Yang
Tiantian Yang
Li Li
Mingzhi Wang
Publikationsdatum
31.01.2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
European Journal of Wood and Wood Products / Ausgabe 4/2023
Print ISSN: 0018-3768
Elektronische ISSN: 1436-736X
DOI
https://doi.org/10.1007/s00107-023-01927-6

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