木质建材多功能协同阻燃抑烟透明涂层的研发与性能突破

为解决木质建材热释放与烟雾毒性的双重危害，中国科学技术大学团队开发了一种基于三聚氰胺甲醛树脂(MF)的UV固化透明涂层系统。研究通过引入聚磷酸铵(APP)、硼酸(OA)、埃洛石纳米管(HN)和二乙基磷酸铝(ADP)四元协同阻燃体系，优化出MF-APP-OA2 HN4 ADP0.5 配方。该涂层使木材峰值热释放率(pHRR)降低68.5%，总热释放(THR)减少72.9%，同时显著抑制烟雾生成，兼具高透明度(78.3%透光率)与环境友好特性，为木质建筑防火提供了创新解决方案。

　　

木质材料作为四大传统建材中唯一兼具生物降解性与可再生性的环保材料，在建筑领域应用广泛。然而其易燃特性导致火灾时快速燃烧并释放有毒烟雾，成为重大安全隐患。传统阻燃技术如浸渍法存在工艺复杂、成本高昂的缺陷，而普通阻燃涂层又难以兼顾透明度与防火性能。这一矛盾促使中国科学技术大学的研究团队开展新型透明阻燃涂层的研发工作，相关成果发表于《Polymer Degradation and Stability》。

研究采用UV固化技术实现快速成膜，通过热重分析(TG)、锥形量热测试(CCT)和烟雾密度测试(SDT)等多维评估手段，构建了以三聚氰胺甲醛树脂(MF)为基材的四元协同阻燃体系。团队特别关注了涂层在真实火灾场景中的热-烟耦合危害控制能力。

【材料制备】
通过真空搅拌工艺将MF溶解于羟乙基丙烯酸酯(HEA)，按比例掺入APP、OA、HN和ADP等组分，采用500 g/m²
的涂布密度施于木材表面，经UV固化机完成交联固化。

【涂层透明度】
研究发现OA和HN添加量分别为2 wt%和4 wt%时，涂层平均透光率仅降低1.5%，而浓度加倍会导致透光率骤降至75%，这归因于纳米颗粒的散射效应。优化后的MF-APP-OA₂
HN₄
ADP_0.5
配方在保持78.3%透光率的同时实现防火性能突破。

【热稳定性】
热重分析显示，优化配方在900°C空气氛围下的残炭量达49.2%，显著高于未处理木材。APP与ADP的磷-铝协同效应促进了致密炭层的形成，OA则通过熔融覆盖隔绝氧气，HN的管状结构增强了炭层机械强度。

【燃烧性能】
锥形量热测试表明，处理后的木材pHRR和THR分别下降68.5%和72.9%。烟雾密度测试中最大烟密度(DS_max
)显著降低，这得益于ADP释放的PO·自由基中断链式燃烧反应，以及HN对有毒气体的吸附作用。

【结论与意义】
该研究开创性地将UV固化技术与多尺度阻燃机制相结合：酸源(APP)促进基材脱水成炭构建连续骨架，气源(MF)分解产生惰性气体稀释可燃物浓度，ADP释放的磷自由基中断燃烧链反应。相比传统膨胀型阻燃涂层，该体系兼具施工简便、高透明度和环境友好的优势，为木质建材表面防护提供了兼具科学价值与实用前景的创新方案。国家重点研发计划等项目的支持保障了研究的深入开展，热物理性能测试等平台为数据可靠性提供了支撑。未来研究可进一步探索涂层在极端环境下的耐久性，以及工业化生产的工艺优化。