纳米改性生漆涂层的绿色制备及其对木材耐候性与可持续保护性能的协同增强机制

针对传统生漆固化慢、耐候性差等问题，中国科学院团队通过纳米Al2O3颗粒（Al2O3 NPs）和纤维素纳米纤维（CNFs）改性生漆涂层，开发出QA和QF两种复合涂料。研究显示，改性涂层使木材硬度提升至6H，干燥时间缩短27.8%-66.7%，紫外老化色差降低37.07%，为环保型木材防护涂料开发提供新策略。

　　

木材作为重要的可再生资源，在户外应用中常因湿度、紫外线和微生物作用导致变形、褪色和腐朽。传统溶剂型涂料含挥发性致癌物，而天然生漆虽环保却存在固化慢、易老化等缺陷。如何通过绿色改性提升生漆的实用性能，成为木材保护领域的关键挑战。

中国科学院团队创新性地将γ相纳米Al₂O₃颗粒（Al₂O₃ NPs）和可再分散纤维素纳米纤维（CNFs）引入生漆基质，开发出QA（Al₂O₃改性）和QF（CNFs改性）两种复合涂层。研究发现，纳米材料通过填充漆膜微孔、催化漆酚聚合等机制，显著提升涂层的机械性能和防护效果。该成果发表于《Industrial Crops and Products》，为开发高性能生物基涂料提供了新思路。

研究采用KH550硅烷偶联剂对纳米颗粒表面功能化，通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）和热重分析（TG）表征材料特性，并参照GB/T标准测试涂层硬度、附着力等性能。以泡桐木为基材，通过人工加速老化实验评估耐候性。

3.1 复合涂层对木材表面特性的影响
FT-IR分析显示纳米颗粒与生漆通过分子间力结合，未发生化学反应。SEM证实Al₂O₃ NPs使漆膜孔隙率降低，CNFs形成致密层状结构。QA涂层硬度达6H，光泽度（6.9 GU）较生漆提升102.94%，干燥时间缩短66.7%。

3.2 疏水性与防潮性能
QA涂层水接触角达82°，较生漆提升12°。浸泡172小时后，QA-P和QF-P木材吸水率分别降低84.54%和80.16%。在90%湿度下，QF涂层使木材体积湿胀率降低29.17%，展现最佳尺寸稳定性。

3.3 抗老化性能突破
经480小时紫外老化，QA涂层色差（ΔE=26.25）较生漆降低37.07%。红外光谱显示Al₂O₃ NPs有效抑制漆酚侧链光氧化，SEM观测到QA老化后表面坑洞最少。

该研究开创性地将纳米材料与生物基涂料结合，QA涂层在抗紫外老化方面表现突出，QF涂层则显著提升尺寸稳定性。两种改性策略分别将木材吸水率降低至24.79%和31.76%，且完全避免有机溶剂使用。这项技术不仅延长了木材户外使用寿命，更为开发可持续防护材料提供了可工业化推广的解决方案，对推动绿色建筑发展具有重要意义。