基于植酸与衣康酸的可再生生物基阻燃环氧树脂在高性能橡胶木涂料中的应用研究

为解决橡胶木易燃性限制其应用的问题，研究人员开发了一种以植酸(PA)和衣康酸(IA)为原料的可持续生物基阻燃环氧树脂(PAIM-TEIA)。该材料通过协同交联反应形成热稳定性优异的复合材料，当PAIM含量为15 wt%时，涂层玻璃化转变温度(Tg)达99.3°C，UL-94测试获V-0级，极限氧指数(LOI)达30.1%，热释放率(PHRR)和总热释放(THR)显著降低。该研究为开发环保高效木材阻燃涂层提供了新策略。

　　

橡胶木因其成本低、可加工性强和可持续性，成为家具和建筑材料的主要选择，但其易燃性（燃烧等级B3）严重限制了在防火敏感领域的应用。传统阻燃处理方法如浸渍法耗时昂贵，而表面涂层技术虽便捷，但现有阻燃剂常含卤素或有毒物质。生物基环氧树脂因其环保特性备受关注，但多数存在热稳定性差（如衣康酸基树脂EIA的T_g仅61.7°C）和易燃问题。植酸(PA)作为高磷含量天然化合物，在阻燃领域潜力巨大，但如何将其高效整合到木材涂层中仍是挑战。

华南农业大学的研究团队通过植酸(PA)与咪唑(IM)中和反应合成阻燃固化剂PAIM，并与衣康酸衍生的三官能团环氧树脂(TEIA)交联，开发出PAIM-TEIA复合材料。该材料应用于橡胶木涂层后表现出卓越性能，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)和X射线光电子能谱(XPS)表征结构，通过差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)评估热性能，并利用锥形量热仪和极限氧指数测试阻燃效能。

结构表征
PAIM的FTIR谱图中，2350 cm^?1处(P=O)-OH特征峰及咪唑环C-N/C=N键（1100和1576 cm^?1）证实成功合成。TEIA的三维交联网络通过¹³C NMR中50-60 ppm环氧基团信号验证。

热性能与阻燃性
PAIM-15-TEIA-W的T_g达99.3°C，较纯TEIA提升60%。UL-94测试中，该涂层实现V-0评级，LOI值30.1%，表明自熄特性。锥形量热测试显示，其峰值热释放率(PHRR)和总热释放(THR)较未处理木材分别降低42.62%和10.6%，膨胀炭层和磷自由基释放构成气-固相协同阻燃机制。

应用性能
涂层附着力测试达1级标准，耐水性（24小时吸水率<5%）和耐溶剂性（丙酮擦拭100次无脱落）优异，满足实际应用需求。

该研究创新性地将生物基阻燃剂与环氧树脂结合，解决了传统木材阻燃技术的环境与性能矛盾。PAIM-TEIA系统不仅提升橡胶木防火等级，其全生物基原料和溶剂-free工艺符合绿色化学原则，为建筑和家具行业提供了可持续解决方案。研究还揭示了磷-氮协同阻燃机制，为后续生物基阻燃剂设计提供了理论依据。团队指出，未来可通过优化PAIM交联密度进一步提升涂层机械强度，扩大其在承重结构中的应用潜力。