马来酸酐介导硅酸钠与糠醇交联：绿色化学策略制备高强度、耐久、阻燃抑烟的建筑材料

针对木材易燃性和尺寸不稳定性等关键问题，研究人员创新性地采用马来酸酐(MAH)作为双功能剂，通过催化糠醇(FA)聚合和固化硅酸钠的协同作用，开发出Si-FA改性木材体系。该材料热稳定性保留率达96.97%，峰值热释放率(PHRR)降低40.7%，表面硬度提升95.9%，水浸后抗膨胀效率达70.3%，为绿色建筑提供了高性能可持续解决方案。

　　

木材作为环境友好型可再生资源，在建筑和家居领域应用广泛，但其固有缺陷——易燃性和尺寸不稳定性严重制约使用寿命并引发安全隐患。据统计，美国70%以上的建筑火灾由木材引发，燃烧释放的有毒气体是致死主因。传统有机树脂改性虽能提升性能，却存在健康危害和环境污染问题；而无机硅酸钠改性虽环保廉价，但易流失且会破坏木材结构。如何通过绿色化学方法同步解决这些矛盾，成为材料科学领域的重要挑战。

湖南省林业科学院的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表创新成果，提出马来酸酐介导的硅酸钠与糠醇交联策略。研究采用真空-压力浸渍技术将改性剂导入杉木，通过FT-IR、XPS、SEM-EDS等多维表征手段，结合锥形量热仪和热重分析，系统评估材料性能。关键发现包括：马来酸酐(MAH)同时催化糠醇(FA)聚合和硅酸钠固化，形成Si-O-Si交联网络；改性木材热稳定性保留率96.97%，峰值热释放率(PHRR)降低40.7%，总烟雾产量(TSP)减少35.3%；水浸后抗膨胀效率达70.3%，有效解决传统硅酸钠改性易流失的难题。

【3.1 浸渍效果分析】
SEM-EDS显示SiFA-8样品细胞腔被完全填充（图2h-k），硅元素分布证实MAH促进的Si-FA共聚物稳定驻留。与单一硅酸钠改性相比，复合改性使重量增加率(WPG)和体积增加率(VPG)分别提升23.9%和15.6%，密度优化表明MAH有效平衡了填充与膨胀效应。

【3.2 增强效应分析】
5% MAH浓度下，材料硬度、弯曲强度和端面抗压强度分别提升95.9%、33.1%和64.8%（图3a-c）。水分吸收体积膨胀率从硅酸钠改性的13.96%降至5.95%，证明FA的细胞壁溶胀作用与MAH的羟基键合协同抑制了尺寸变化。

【3.3 长期性能分析】
水浸后XPS检测显示Si-O-Si键比例增加（图7f），硅元素保留率高达96.97%。可溶性钠盐的溶出使抗膨胀效率从57.3%进一步提升至70.3%，揭示分级孔隙暴露促进改性剂深层渗透的机制。

【3.4 热重分析与阻燃性能】
锥形量热测试表明，SiFA-8在火灾初期100秒内PHRR降低40.7%，为逃生争取关键时间（图5c）。虽然总热释放(THR)因FA存在有所增加，但MAH交联使烟雾产量较纯FA降低56.7%，形成"高硅含量炭层-致密SiO₂网络"的双重阻隔结构。

【3.5 结构分析】
FT-IR证实1735 cm^-1处半纤维素羰基峰消失（图7b），XPS显示O-C=O键重组（图7d），Segal法计算结晶度从44.1%提升至53.2%，表明MAH促使硅酸钠与木质素形成杂化键合。

这项研究开创性地利用生物基糠醇与无机硅酸盐的协同效应，通过马来酸酐的双重催化机制，实现了木材改性领域三大突破：环境友好型配方设计、性能-耐久性协同提升、工业化生产成本控制。所开发的Si-FA体系不仅为绿色预制建筑提供理想材料，其"一剂双效"的分子设计思路更为其他复合材料开发提供了范式参考。特别值得注意的是，该技术使改性木材在浸泡后仍保持96.97%的热性能增强效果，这一指标远超现有文献报道值，标志着木材功能性改良进入新阶段。未来通过优化MAH/FA配比和固化工艺，有望进一步拓展其在古建筑修复、高温工业环境等特殊场景的应用潜力。