基于膨润土纳米涂层构建阻燃透明木材复合材料的多功能性能研究

针对木材易燃性及透明木材（TW）功能性提升需求，研究人员通过膨润土（bentonite）纳米颗粒涂层结合水性聚氨酯（WPU）基体，开发出兼具阻燃性（PHRR降低48%）、透明度（60%透光率）和力学增强（拉伸应力提升46%）的复合材料。该研究为建筑与光电领域安全材料设计提供了新策略。

　　

木材作为传统建筑材料，其易燃性一直是安全隐患。尽管透明木材（Transparent Wood, TW）因其独特的光学和各向异性力学性能成为研究热点，但如何平衡透明度与阻燃性仍是难题。现有技术如聚酰亚胺（PI）或三聚氰胺甲醛（MF）树脂改性虽能提升阻燃性，却面临工艺复杂或透明度下降的局限。

为解决这一矛盾，中国的研究团队创新性地采用膨润土（bentonite）纳米颗粒涂层技术，通过真空浸渍法将水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane, WPU）与改性木材复合，开发出新型阻燃透明木材。相关成果发表于《Industrial Crops and Products》。

研究团队运用紫外-可见光谱（UV-vis）分析透光率，热重分析（TGA）评估热稳定性，锥形量热仪测定热释放速率（PHRR）和总热释放（THR），并结合分子动力学模拟揭示界面相互作用机制。

4. 结果与讨论
4.1 膨润土涂层木材气凝胶的制备与表征
扫描电镜（SEM）显示，膨润土均匀覆盖木材气凝胶孔隙（图1e-g），元素映射证实硅元素分布（图1k）。燃烧测试中，2 wt%膨润土处理的木材（wood-B2）可自熄，PHRR和THR分别降低48%和39%（表3）。

4.2 WPU复合材料的性能
透光率测试表明，WPU/wood-B2透光率低于纯WPU（70%→60%），但优于传统阻燃TW（图4h）。锥形量热显示WPU/wood-B2的PHRR和THR较纯WPU下降32%和30%（表4），归因于膨润土的物理屏障和催化成炭作用。

4.3 力学性能与分子模拟
拉伸测试显示WPU/wood-B2拉伸应力达8.2 MPa（纯WPU为5.6 MPa），但断裂伸长率从1494%降至77%（图6c）。分子动力学模拟证实膨润土与WPU间氢键作用（图6f），结合能达-1835.4 kcal/mol（表5）。

5. 结论
该研究通过环保水相工艺实现木材阻燃功能化，膨润土涂层使复合材料兼具自熄性（10秒内灭火）和力学增强。尽管透光率有所牺牲，但PHRR和THR的显著降低为安全建材设计提供新思路。分子机制解析为后续界面优化奠定基础，推动TW在柔性光电器件中的应用。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加外部引用）