Efficacy of wollastonite-enriched acrylic coatings against fungal decay in non-treated and thermally-modified wood

木材是一种具有数千年历史的人类庇护所构建材料的生命物质，但它仍然容易受到自然元素的侵害。在缺乏保护的情况下，木材会因真菌而腐烂，因火灾而燃烧，并因水分含量的变化而变形。虽然科学家们长期以来一直开发化学处理方法来阻止这种衰变，但其中许多解决方案具有毒性或难以应用。一种流行的替代方案是热改性，这是一种通过高温烘烤木材以改变其内部化学性质的过程，使其对导致腐烂的生物而言不再那么“美味”。然而，即使是经过热处理的木材也无法免疫所有类型的腐烂，且用于该过程的工业机械造价昂та。这为寻找一种更简单、更廉价的保护木材的方法留下了空白，特别是对于那些希望避免使用烈性化学品的人来说。研究人员将注意力转向了一种名为透辉石（wollastonite）的常见矿物——这是一种常用于塑料和陶瓷中的针状岩石——以观察它是否能增强保护漆并阻止木材腐烂。

来自伊朗、欧洲和澳大利亚各大学的一组科学家着手测试将这种矿物混入标准丙烯酸漆中是否能保护木材免受真菌腐烂的影响。他们使用了三种不同类型的木材：山毛榉（一种致密的硬木）、杨树（一种较轻的硬木）和云杉（一种软木）。为了模拟现实世界的条件，他们为每种木材类型准备了两组样本。一组保持其天然状态，而另一组则经过热改性处理，即在185摄氏度的温度下加热四小时。这种热处理改变了木材的化学结构，去除了部分真菌赖以生存的糖分。热处理后，木材样本经过了调理以使其趋于稳定。

随后，研究人员对这些样本涂抹了不同的涂层。一些木片保持裸露状态作为对照组，以展示木材在没有任何保护的情况下会发生多严重的腐烂。另一些则涂抹了标准的丙烯酸水性漆，这是许多五金店都能找到的常见涂料。最后一组则是使用了相同颜色的特殊版本漆，但在其中混入了透辉石。矿物以特定的比例添加，形成一种悬浮液，在涂抹前被彻底搅拌均匀地混合到漆中。每块木头都接受了两层漆的涂抹，两次涂抹间隔一天，最终形成的干燥层厚度约为210微米。涂覆完成后，所有样本都被放置在受控环境中，并暴露在两种极具侵略性的木材腐朽真菌下进行为期四个月的实验。一种真菌被称为引起褐腐（brown rot），它攻击木材的结构纤维；而另一种白腐真菌（white rot）则会破坏木材的颜色和强度。

在四个月的暴露期结束后，结果令人震惊。未经处理的木材样本遭受了严重破坏，由于真菌啃食材料，其质量损失显著。在某些情况下，未经保护的木材损失了近40%的重量。标准丙烯酸漆提供了一些帮助，减少了质量损失，但它并非完美的盾牌。在某些条件下，特别是在山毛榉木材上，漆膜出现了开裂和剥落，导致微小的真菌丝能够渗透到下方的木材中。然而，涂有富含透辉石漆液的样本表现异常出色。这些样本的质量损失大幅降低，通常降至3%以下，无论木材是否经过热处理。

研究人员在强力显微镜下检查了样本，以了解为什么这种矿物增强型漆效果如此之好。他们发现，透辉石颗粒的针状形状在漆膜内起到了物理增强作用，使漆膜更加坚韧且更耐开裂。更重要的是，这种矿物似乎与漆本身形成了强大的化学键，创造了一个令真菌难以突破的凝聚层。即使在数月的真菌攻击后，漆膜仍保持近乎完整，而普通的漆则已经明显退化。此外，该矿物似乎还起到了屏障作用，减缓了氧气和水分向木材表面的移动，而这些正是真菌生长所必需的。在某些情况下，研究人员观察到，该矿物本身可能干扰了真菌在表面上的生长，从而限制了霉菌的扩散。

研究人员还测量了木材在真菌攻击后保留了多少强度。被真菌啃食后的木材会变得脆弱且易碎，失去承重能力。然而，由透辉石漆保护的样本保持了其结构完整性。即使是未经过热处理但涂有矿物漆的木材，其表现也几乎与未受侵蚀的木材一样好。这表明，这种漆不仅仅是停留在表面，它还积极地防止了腐烂过程破坏木材的内部结构。热改性与矿物漆的结合提供了最佳的保护，但仅靠这种漆对于未经处理的木材也是一种强大的防御。

研究结果表明，在标准油漆中添加一种常见的、廉价的矿物可以创造出一种极其有效的防腐盾牌。这种方法为保护木材提供了一个实用的解决方案，而无需依赖有毒化学品或昂贵的工业热处理设施。研究人员得出结论，这种方法易于应用，且对硬木和软木均可靠。虽然这项研究是在实验室环境下进行的，但其结果为在现实世界应用中保存木材提供了一条充满希望的路径，提供了一种在保持保护过程简单且环保的同时，延长木质结构寿命的方法。