木材作为一种可再生、环境友好且力学性能优良的天然材料，在建筑结构、室内装饰及家具制造等领域具有广泛应用前景，其中杨木因生长周期短、密度低而强度适中、资源丰富而尤为常用。然而，杨木本身高度易燃且具有显著吸湿性，在火灾条件下易迅速燃烧并释放大量烟气与有毒气体，同时在潮湿环境中易发生膨胀变形与阻燃剂迁移流失，严重制约其在高安全性与高湿环境中的应用。近年来，磷-氮-硼（P-N-B）协同阻燃体系因兼具成炭促进、气相稀释与玻璃态保护层形成等多重阻燃机制，被认为是提升木材阻燃性能的高效策略。然而，该体系普遍存在耐湿性差、尺寸稳定性不足等问题。与此同时，构建超疏水表面层被提出作为改善木材防潮与稳定性的有效手段，但现有超疏水-阻燃协同改性方法往往工艺复杂、依赖易燃粘结剂或有机溶剂，甚至在高温下削弱阻燃体系的成炭能力与防火效率。因此，开发一种兼具高效阻燃、抑烟减毒、优异耐湿性及结构稳定性，且工艺简洁可持续的木材多功能改性策略，成为当前木质材料防火与工程化应用领域的重要研究课题。
针对上述挑战，南京林业大学的研究团队在 Chemical Engineering Journal 发表了题为 “Fabrication and performance of high-efficiency flame-retardant, smoke-suppressing, and superhydrophobic wood via a synergistic P-N-B system” 的研究工作。该研究提出了一种协同改性策略，通过真空浸渍将氨基三亚甲基膦酸（ATMP）与硼砂引入木材内部构建高效P-N-B协同阻燃体系，随后采用化学气相沉积方法在表面原位构筑共价键结合的超疏水硅基涂层，实现阻燃增强与防潮稳定的协同优化。改性木材的限制氧指数高达72.5%，峰值热释放速率与总热释放量分别降低70.64%和73.73%，总烟释放量下降88.10%，显著抑制燃烧强度与烟毒危害。同时，超疏水结构使木材在高湿与浸水条件下的体积膨胀系数分别低至0.47%与2.64%，抗胀效率超过80%以上，水接触角达到158.8°，具备优异的自清洁与液体排斥性能。该研究通过构建稳定的P-N-B阻燃内核与耐热超疏水外层，实现了木材阻燃性、抑烟性与尺寸稳定性的高度协同提升，为高安全性、高湿环境用工程木材的多功能化改性提供了一种高效且可推广的新路径。
图 1、S1-S4 在不同气氛下的 TG 和 DTG 曲线：（a）N2 气氛下的 TG 和（b） N2 气氛下的 DTG；（c）空气气氛下的 TG 和（d）空气气氛下的 DTG
图3、 (a) LOI，(b) 混合物变化趋势。(c) HRR 曲线。(d) THR 曲线，(e) SPR 曲线。(f) TSP 曲线。(g, h) S1-S4 的 CO₂ 和 CO 产率。(i) S1-S4 的 FGI、THRI 6 min 、TSPI 6 min 和 ToxPI 6 min
图4、 S1-S4 三个截面图上的水滴图像及其动态接触角
图5、 (a) S1-S4 的 FTIR 光谱。(b) S2-S4 经 CCT 处理后残炭的 FTIR 光谱。(c) S1 和 S4 的 XRD 图谱。(d) S1 和 S4 的 XPS 图谱。(e) S1-C1s 峰拟合分析。(f) S4-C1s、P2p、B1s、F1s 峰拟合分析
图6、 （ab）S1 和 S4 的 TG-IR 曲线。（c）S1 在 69.5 °C、288.4 °C 和 345.5 °C 时的 FTIR 光谱；以及 S4 在 71.7 °C、238.7 °C 和 275.7 °C 时的 FTIR 光谱
综上所述，本研究成功制备了兼具高效阻燃性（LOI>70%）、超低膨胀率（<3%）、卓越的烟雾与毒性抑制能力（TSP↓88.10%）及强韧超疏水性特性的杨木复合材料。该集成策略为解决木材固有的易燃性和吸湿膨胀缺陷提供了高效可持续的解决方案，从而显著提升了杨木在防火建筑、高湿度环境及其他严苛工程应用中的适用性。尽管成功开发出兼具高效阻燃、烟雾抑制、超疏水性及优异尺寸稳定性的多功能木材，但实际应用仍面临若干挑战：PFDMS和ATMP等特种化学品成本较高，且真空浸渍与化学气相沉积（CVD）联合工艺的大规模生产可扩展性尚需进一步评估优化。后续工作将聚焦于优化改性策略的成本效益——例如探索更环保经济的氟化物替代方案——并提升连续制造工艺的可操作性。此外，开展评估耐久性、耐候性和真实火情性能的长期现场研究，对于验证该材料的实际应用价值至关重要。
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原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.172905
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