《Progress in Organic Coatings》：Bio-based flame retardant coating derived from urushiol for improving fire safety of wood substrates
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•采用漆酚和植酸制备了一种生物基阻燃涂层。•UP-0.8涂层获得了UL-94 V-0等级认证，其 Loss on Ignition (LOI) 值为33.6%。•棕榈酸（PA）同时充当了固化剂和阻燃所需的磷源。引言木材是一种可再生且可生物降解的天然材料，由于其广泛的可用性和优异的
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采用漆酚和植酸制备了一种生物基阻燃涂层。
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UP-0.8涂层获得了UL-94 V-0等级认证，其 Loss on Ignition (LOI) 值为33.6%。
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棕榈酸（PA）同时充当了固化剂和阻燃所需的磷源。
引言
木材是一种可再生且可生物降解的天然材料，由于其广泛的可用性和优异的加工性能，在建筑、室内装饰和家具生产中得到了广泛应用[1][2][3][4]。然而，其固有的易燃性使其容易着火[5]，导致火势迅速蔓延，并释放大量热量和烟雾[6][7]，这对人类生命和财产构成严重威胁[7][8]。因此，开发有效的环保阻燃策略仍然是亟需解决的问题[2][4]。
目前，木材的阻燃处理主要采用浸渍和表面涂层方法[9][10]。虽然浸渍可以实现深入材料内部的改性，但该过程通常受到复杂工艺和高能耗的限制[9][11][12]。相比之下，表面涂层由于其操作简便、成本效益高且适用于多种基材而受到越来越多的关注[11][13][14]。
大多数传统的阻燃涂层依赖于石油衍生的聚合物（例如环氧树脂和聚氨酯）与卤化物或无机阻燃剂的混合物[15][16]。这些体系可能具有良好的机械性能，但燃烧过程中会释放有毒烟雾和腐蚀性气体，对周围生态系统构成严重威胁[17][18]。研究人员更加关注可再生、环保的生物基阻燃涂层作为替代方案[19][20]。
近年来，用于阻燃材料的天然生物质资源受到了更多关注[21]。在这种情况下，研究了多种生物基化合物，包括单宁酸[22]、衣康酸[23][24]、卡多醇[25][26]、香草醛[27]、壳聚糖[28]和植酸[29]。例如，经过香叶醇改性的环氧树脂作为木材涂层使用时，获得了UL-94 V-0等级认证，其LOI值超过32%[30]。基于卡多醇的环氧体系与植酸结合使用，可以在木材内部形成原位聚合网络，从而提高防火性能和生物耐久性[31]。植酸（PA）是一种天然来源的富磷物质，其磷含量超过28%（重量百分比）[21][32]。PA中的多个活性磷酸基团在聚合物基质的热降解过程中能够有效促进脱水和碳化反应[33][34]，使其成为生物基阻燃剂的竞争性候选材料[35][36]。漆酚是天然漆的主要成膜成分，具有独特的儿茶酚结构。这种结构赋予涂层优异的成膜能力、附着力和热稳定性[37][38]。然而，原始漆体系粘度较高，固化速度慢，并且本身具有易燃性，这些特性限制了其在阻燃应用中的实际使用[39][40]。
现有研究证实，通过物理混合[41]、层叠组装[42]或化学交联[43]可以将PA复合到各种基材中，以制备具有更好阻燃效果的保护涂层。目前，大多数提高漆酚基材阻燃性的方法依赖于添加外部阻燃剂或引入含磷结构[40][44][45]。然而，这些方法常常受到分散不良、添加剂用量过大以及不可避免地掺入非生物基成分的制约。通过PA与漆酚衍生物之间的化学交联来制造完全生物基的阻燃体系尚未得到充分研究，这类体系的固化行为和阻燃机制也尚未被彻底阐明[43][46][47][48]。
在本研究中，通过环氧改性从天然漆中合成了UGE，随后与PA交联，PA同时起到了固化环氧网络和赋予阻燃性能的作用。通过系统地改变反应基团的摩尔比，开发出了一种完全基于生物的交联阻燃涂层（UP），并将其应用于木质基材上。我们研究了PA含量对涂层结构、热稳定性和阻燃性能的影响。进一步的热分析和燃烧特性研究揭示了阻燃背后的缩合相炭化机制。这项工作提供了一种绿色、高效的方法来制备完全生物基的阻燃涂层，从而可靠地保护木材。
章节摘录
材料
天然漆来自湖北茂芭漆厂。植酸（PA，70%水溶液）、四丁基溴化铵（TBAB，99%）、环氧氯丙烷（ECH，AR）和丙二醇甲醚（PGME，99.5%）购自Aladdin试剂有限公司。无水乙醇（EtOH，99.7%）和氢氧化钠（NaOH，AR）购自中国 Pharmaceutical 化学试剂有限公司。BYK-333和BYK-425购自BYK添加剂（上海）有限公司。所有试剂均按原样使用。杨树木材用于实验
UGE和UP的结构分析
使用FTIR光谱对PA、UGE和UP的结构进行了表征，如图2所示。UGE的FTIR光谱在910 cm?1处呈现出明显的吸收峰，这是环氧基团的特征[49][50]。该峰在UP中显著减弱，在固化后几乎完全消失，表明在固化过程中PA和UGE之间发生了环氧环开环反应。
PA在3000–3600 cm?1范围内显示出一个宽的O-H伸缩振动带
结论
在本研究中，通过环氧改性成功将天然漆中的漆酚转化为UGE。利用PA作为可再生的固化剂和阻燃剂，通过环氧-羟基环开环反应在木质基材上构建了一种完全生物基的膨胀型涂层系统（UP）。
结构表征证实了UGE和PA形成的稳定交联网络的成功建立。在所有配方中，UP-0.8表现出最佳的...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了中国自然科学基金（项目编号：52672113）、福建省自然科学基金（项目编号：2025J011259、2023I0037、2023C0028、2023H0051）、福建省交通运输厅（项目编号：SF20230102）的财政支持。
Han Jiang|Tianle Li|Jianrong Xia|Linxi Hou
