西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法技术

本发明专利技术公开了一种西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法，属于木质结构阻燃技术领域。依据生物矿化原理，以超声波为驱动力，以水、乙醇作为阻燃剂运载溶剂，采用溶胶

【技术实现步骤摘要】
西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法


[0001]本专利技术属于木质结构古建筑文物防火阻燃
，涉及一种西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法。

技术介绍

[0002]古建筑文物以其独特的形制和结构、大体量、数量多著称，其历史、文化、社会意义是无法估量的。古建筑用材可能不尽相同，但木质材料作为一种天然的高聚物，由纤维素、半纤维素和木质素组成，说明无论什么年代的木结构古建筑，其原位阻燃防火保护研究而言都存在着共性问题。火灾已成为当今世界上多发性灾害中发生频率较高的一种自然灾害，若发生火灾，将会使这些珍贵的不可再生的木结构古建筑文物化为灰烬，为国家和民族造成不可挽回的经济和文化损失。显然，火灾已经成为危及古建筑“生命”和“寿命”的最大威胁。因此，对木结构古建筑本体的阻燃防火保护已刻不容缓，迫在眉睫。
[0003]木质本体阻燃性能的提高相较于外源性消防装置更能从本质和源头上消除火灾隐患，起到阻燃防火的保护。现有技术中仅公开了各类木结构古建筑防火阻燃涂层，但多数是对于新材和板材的处理方法，且防火阻燃涂层对于古建筑上的彩绘层有一定的遮蔽和色差影响，进而影响古建筑的保护。例如，植酸作为一种环境友好、具有生物亲和性、无毒、廉价且易得的有机酸，从阻燃的角度来看，分子中磷含量越高，分子的阻燃性能越好，因此植酸是一种极具潜力的生物质阻燃材料。植酸单独使用时，阻燃效果有限，尤其是处理材在燃烧过程中CO等有毒气体释放量较高，质量损失速率较大。由于植酸的电性和结构性质，使得其很容易与金属离子螯合，在植酸阻燃体系中加入金属化合物能够有效降低CO的释放，减小试样燃烧时的质量损失速率，从而有助于提高阻燃效果。金属盐与磷元素的协效阻燃机理可能是在热分解情况下，盐具有较高的挥发性，在凝结成气相后更好地阻滞火焰传播；同时金属和磷的组合在燃烧过程中产生较稳定的金属/磷结晶化合物，也可起到阻滞火焰的效果。在燃烧时，膨胀型阻燃体系形成的涂层由于磷和氮的阻燃协效作用。但是该方式并不能使古建筑木构件获得良好的耐久阻燃性能。这是由于植酸锌仅仅只是物理性地沉积在木构件纤维内部，无法与之产生有效的化学结合，在后续雨水天气很容易被雨水冲刷掉。
[0004]即目前木结构古建筑原位阻燃改性渗透加固方法存在渗透不均匀、阻燃效果差，阻燃材料处理后色差变化较大的问题。此外，原位处理方法都存在不均匀性，多数涂层建筑的木质材料贴敷度极差，在室外自然环境下的耐久性较差，阻燃材料易失效且涂层厚度过大易起翘剥落，从而使其防火阻燃性能大大降低。综上所述，亟需发展一种西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中，木结构古建筑原位阻燃改性渗透加固方法存在渗透不均匀、阻燃效果差，阻燃材料处理后色差大，阻燃材料渗透不均匀，阻燃涂层在木质材料表面贴敷度差易起翘剥落，阻燃材料易流失导致性能失效的缺点，提供了一种
操作便利、涂层透明、与木材原位作用渗透性优良的适用于西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1)对木结构古建筑表面进行清洁，去除木结构古建筑表面的浮尘及污物；
[0009]步骤2)分别配制一号调湿材料、二号阻燃材料和三号加固材料；
[0010]一号调湿材料为醋酸锌溶液，二号阻燃材料为植酸水溶液，三号加固材料为十八烷基三甲氧基硅烷乙醇水溶液；
[0011]步骤3)通过超声辅助方法，依次将一号调湿材料、二号阻燃材料和三号加固材料均匀喷淋到待处理的木结构古建筑表面，使一号调湿材料、二号阻燃材料和三号加固材料依次渗入木结构古建筑表面；
[0012]步骤4)重复步骤3)，之后静置，完成木结构古建筑的原位阻燃处理。
[0013]优选地，醋酸锌溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。
[0014]优选地，植酸水溶液的浓度为0.05～0.15mol/L。
[0015]优选地，十八烷基三甲氧基硅烷乙醇水溶液中，溶质为十八烷基三甲氧基硅烷，溶剂为乙醇和去离子水的混合溶液；
[0016]十八烷基三甲氧基硅烷乙醇水溶液中，溶质的质量百分数为3％～5％。
[0017]优选地，十八烷基三甲氧基硅烷乙醇水溶液中，去离子水和乙醇混合的体积比为(7～9)ml：(1～3)ml。
[0018]优选地，一号调湿材料、二号阻燃材料和三号加固材料的喷淋时，在超声波导入辅助作用下，完全渗透进入木结构古建筑终止。
[0019]优选地，超声辅助方法中，采用的超声波频率为0.25MHz。
[0020]优选地，步骤4)中，步骤3)的重复次数为3～5次；
[0021]静置时间为3～5天。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术公开了一种西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法，依据生物矿化原理，以超声波为驱动力，以水、乙醇作为阻燃剂运载溶剂，采用溶胶
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凝胶法对木材进行原位阻燃改性。本专利技术在对木结构建筑处理时，通过十八烷基三甲氧基硅烷对木构件的渗透性处理，与木构件纤维通过氢键作用在木构件基质内形成交互的三维网络结构，这种网络结构不仅具有优异的纤维加固作用，而且能有效将植酸锌固载在木构件基质中，从而提高其稳定性。而十八烷基三甲氧基硅烷在木构件基质中同时也水解生成二氧化硅，二氧化硅热稳定性良好，使得木构件的阻燃性能增强。木材纤维素结构、以及阻燃材料运载溶剂中含有能与十八烷基三甲氧基硅烷发生交联作用的活性基团，且这种交联作用主要发生在木材基质的微观纤维素结构中，木材由于材质老化整体基质呈现酸性条件，而酸性条件也有利于十八烷基三甲氧基硅烷发生水解。超声波因其指向性好、振动频率范围适中、能量传递衰减不大等特点，能够用于开通新的反应通道。因此，本专利技术方法实现了在最小干预条件下，用物理和化学方法对木结构古建筑木质材料的阻燃改性处理。且该方法由于具有工艺简单，反应易达到分子水平上的均匀、反应温度低、实现了木材与无机复合材料在分子水平上的原位复合，与常规自然渗透方法相比较，在超声波辅助作用下原位获得的阻燃防火层明
显具有一定的规则结构特征。
[0024]进一步地，重复步骤3)3～5次使得木构件处理部位实现原位阻燃效果，阻燃效果随步骤五至七的重复次数而提高。
附图说明
[0025]图1为超声波辅助处理前后的木材SEM图；(a)为处理前，(b)为处理后
[0026]图2为常规渗透(a)与超声波辅助作用下木材原位阻燃渗透(b)的结构示意图；
[0027]图3为超声波辅助作用下木材原位阻燃改性后SEM图；
[0028]图4为超声波辅助作用下木材原位阻燃渗透作用示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0030]实施例1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)对木结构古建筑表面进行清洁，去除木结构古建筑表面的浮尘及污物；步骤2)分别配制一号调湿材料、二号阻燃材料和三号加固材料；一号调湿材料为醋酸锌溶液，二号阻燃材料为植酸水溶液，三号加固材料为十八烷基三甲氧基硅烷乙醇水溶液；步骤3)通过超声辅助方法，依次将一号调湿材料、二号阻燃材料和三号加固材料均匀喷淋到待处理的木结构古建筑表面，使一号调湿材料、二号阻燃材料和三号加固材料依次渗入木结构古建筑表面；步骤4)重复步骤3)，之后静置，完成木结构古建筑的原位阻燃处理。2.根据权利要求1所述的西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法，其特征在于，醋酸锌溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。3.根据权利要求1所述的西北地区木结构古建筑原位超声阻燃保护方法，其特征在于，植酸水溶液的浓度为0.05～0.15mol/L。4.根据权利要求1所述的西北地区木结构古...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪娟丽，李玉虎，曹静，邓字巍，买冰洁，邢惠萍，韦晗宇，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：