酚醛树脂与单胍磷酸盐协同改性提升户外木材长期耐久性与阻燃性的多功能增强研究

针对木材易燃、尺寸稳定性差和易腐等问题，研究人员采用低分子量酚醛树脂(PF)与单胍磷酸盐阻燃剂(FR)协同处理欧洲赤松边材，通过DSC、SEM、锥形量热等技术证实该处理在保持PF固化性能的同时显著提升机械强度(MOE/MOR)、抗真菌性(EN 350 DC1)及阻燃性(THR降低80%)，且经人工/自然老化后仍保持优异性能，为户外木结构材料提供了可持续解决方案。

　　

木材作为可再生建筑材料，其优异的强度重量比和易加工性使其在可持续建筑中备受青睐。然而，户外应用中暴露的三大致命弱点——遇水易变形、易受真菌侵蚀以及高度易燃性，严重限制了其使用范围。传统酚醛树脂(PF)处理虽能改善尺寸稳定性和防腐性，却会加剧燃烧热释放；而常规磷系阻燃剂(FR)又存在易流失的缺陷。如何通过协同改性实现"防火防潮防菌"三位一体的性能突破，成为木材科学领域亟待解决的难题。

德国哥廷根大学Muting Wu团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究，创新性地将低分子量PF树脂与单胍磷酸盐(monoguanidine phosphate)阻燃剂复合处理欧洲赤松边材。通过差示扫描量热(DSC)分析固化行为，扫描电镜(SEM)观察微观结构，结合力学测试、抗真菌实验(EN 113-2)、动态蒸汽吸附(DVS)和锥形量热(ISO 5660-1)等系统评估，并采用ASTM D2898人工老化和EN 927-3自然老化验证长期性能。

化学表征与微观结构部分显示，DSC证实PF与FR无干扰反应，SEM-EDS证实两者共同渗透至细胞壁。FR单独处理(FRW)的阻燃剂经EN84标准淋洗后留存率仅1.6%，而与PF复合处理(PFFRW)留存率高达41%，表明PF网络可固定FR。力学性能方面，PFFRW的弹性模量(MOE)和断裂模量(MOR)比未处理材(RW)分别提升47%和19%，但冲击弯曲强度(IBS)因树脂固化导致的脆性有所降低。

湿度响应测试发现，PF处理显著降低70%相对湿度(RH)以下的平衡含水率(EMC)，而FR的吸湿性仅在RH>70%时显现。经三次浸水循环后，PFFRW的抗膨胀效率(ASE)仍保持60%以上。抗真菌实验表明，PFFRW对褐腐菌(Coniophora puteana)和白腐菌(Trametes versicolor)的抗性均达到EN350最高耐久等级DC1，质量损失率<3%。

最引人注目的是阻燃性能的持久性。热重分析(TGA)显示PFFRW在800°C时残炭量达40.7%，显著高于RW(15.5%)。锥形量热测试中，未风化PFFRW的总热释放(THR_600s)仅2.7 MJ/m²，比RW降低95%。经1年自然风化后，尽管表面FR部分流失，THR仍比RW低84%，且出现自熄现象。人工风化组HRR峰值(74.4 kW/m²)也远低于PF单独处理组(299.6 kW/m²)。

该研究开创性地通过PF与FR的分子级协同，实现了木材性能的突破性提升：PF树脂构建的三维网络既增强尺寸稳定性，又作为FR的"分子锚定点"解决阻燃剂流失难题；而FR的引入则中和了PF树脂的易燃缺陷。这种"一剂多效"的改性策略，为开发适用于建筑外立面、户外景观等严苛环境的木制品提供了新思路，对推动木材在低碳建筑中的大规模应用具有重要意义。研究团队建议下一步开展单体燃烧试验(SBI)等中尺度测试，加速技术产业化进程。