多功能致密化木材层压板的疏水阻燃与隔热性能研究及其结构应用

推荐：针对木材易燃、易吸湿等问题，研究人员通过脱木质素、植酸(PA)/三唑(ATA-N)浸渍及三甲氧基甲基硅烷(MTMS)表面疏水改性，制备出具有优异阻燃性(LOI>80%、UL-94 V-0级)和疏水性(接触角93.4°)的木材复合材料，其热释放率(PHRR)降低92%，为建筑结构材料提供了创新解决方案。

　　

木材作为最古老的建筑材料，却因易燃性和吸湿性成为现代建筑安全的"阿喀琉斯之踵"。从巴黎圣母院到巴西国家博物馆，木质建筑火灾频发暴露了天然木材的致命缺陷。传统卤系阻燃剂虽能缓解问题，却带来环境污染新隐患。如何赋予木材"水火不侵"的特性，成为材料科学领域亟待攻克的难题。

针对这一挑战，国内研究人员在《Industrial Crops and Products》发表创新成果，通过"三步法"改造工艺：首先采用氢氧化钠/亚硫酸钠混合溶液脱除木质素，随后依次浸渍生物基植酸(PA)与三唑衍生物(ATA-N)构建P-N协同阻燃体系，最后通过三甲氧基甲基硅烷(MTMS)气相沉积实现表面疏水改性。研究团队运用锥形量热仪(50 kW/m²)、极限氧指数(LOI)测试、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术，系统评估了改性木材的性能。

表面表征显示，MTMS处理后的Wood@PA/ATA-N/MTMS接触角达93.4°，SEM观察到表面形成连续致密结构。力学与热学性能测试表明，共浸渍样品拉伸强度提升至140 MPa，热导率降至0.14 W/(m·K)，归因于PA/ATA-N复合物与纤维素形成的氢键网络。

阻燃性能数据令人瞩目：Wood@PA/ATA-N的LOI突破80%，UL-94达到V-0级，锥形量热测试中峰值热释放率(PHRR)和总热释放(THR)分别下降92%和68%。残炭分析揭示其阻燃机制：拉曼光谱显示I_D/I_G比值从3.05降至1.94，XPS检测到P-O-P(133.3 eV)和Si-O(103.7 eV)等稳定结构，证实形成了石墨化程度更高的保护炭层。气相分析通过TG-IR发现，改性木材释放的可燃气体(C-H、C=O等)显著减少，同时检测到NH₃(940 cm^-1)和P-O(980 cm^-1)等阻燃活性物质。

这项研究创新性地将生物基阻燃与硅烷疏水改性相结合，解决了木材易燃与耐候性难以兼顾的行业难题。所制备的木材复合材料兼具UL-94 V-0级阻燃、93.4°疏水角和140 MPa拉伸强度，其热释放率降幅超过90%，为木质建筑材料的防火安全设立了新标杆。更值得关注的是，该技术全部采用环境友好型试剂，为发展可持续建筑提供了范例。未来通过优化浸渍工艺参数，这种"三位一体"改性策略有望推动木质结构材料在高层建筑、历史建筑修复等领域的规模化应用。