木材是建筑和室内设计中普遍使用的木质纤维材料，但具有固有的可燃性，在外部热暴露下构成严重的安全风险。热降解过程中，热量、烟雾和可燃挥发物的快速释放需要稳健的表面保护策略。迄今为止，已开发出多种阻燃（FR）处理方法，主要依赖磷和氮基添加剂来促进凝聚相成炭或抑制气相反应（Vothi et al., 2019; Sim et al., 2020; Dogan et al., 2021; Paavola et al., 2023）。然而，这些传统体系通常需要高添加剂负载量，这可能会损害涂层的机械耐久性、防潮性和基材附着力，同时引发环境和毒性方面的担忧（Persson et al., 2018; Mensah et al., 2022; Depczynska and Burawska, 2025）。
因此，迫切需要开发可持续、低负载量的无机涂层体系，通过形成稳健的凝聚相屏障提供卓越的防火保护。
近年来，无机粘土矿物和层状硅酸盐结构因用于设计木质材料的环保型阻燃表面保护体系而受到广泛关注（Fu et al., 2017; Tang et al., 2024）。
矿物辅助防火的最新进展表明，功能化层状硅酸盐、蒙脱石和高岭石框架在可燃基材上形成稳健凝聚相屏障方面的有效性（Yuan et al., 2025）。
大量研究致力于利用这些无机粘土结构构建致密热屏障，而通过混合陶瓷形成和协同体系控制天然有机基质的降解途径，则为同时抑制热传播和烟雾危害提供了一条可行途径（Tang et al., 2022; Zhang et al., 2024; Lin et al., 2026; Yuan et al., 2026）。
此外，了解滑石及相关层状硅酸盐的基本高温相转变、热降解动力学和烧结特性，对于最大化残碳结构稳定性和屏障完整性具有关键指导意义（Bloise et al., 2026）。
由于具有卓越的热稳定性和独特的结构增强能力，含有粘土矿物的无机和混合阻燃体系已成为一种有前景的替代方案（Patra et al., 2014; Vakhitova et al., 2023; Lee et al., 2024）。除了作为被动物理屏障为热量和质量传递制造曲折路径（Gilman, 1999; Bakar et al., 2007）之外，本研究还策略性地选择滑石和高岭土分别作为2:1和1:1层状硅酸盐的代表性结构原型。这两种矿物具有截然不同的高温反应性晶体化学性质：非膨胀型2:1滑石提供疏水性热屏蔽并供应Mg2+离子用于反应性基质固结，而富含羟基的1:1高岭土则经历结构脱羟基作用以促进局部固态烧结。
在各种合成路线中，溶胶-凝胶法涂层有利于形成化学均质的网络，并与富含羟基的木质表面相互作用（Binnemans, 2009; Imparato et al., 2025）。尽管溶胶-凝胶法涂层具有高热阻性，但其工业可扩展性通常受到高成本的限制。在本研究中，提出了一种以滑石或高岭土改性的水性硅酸钠体系作为经济高效的替代方案。该方法利用硅酸盐粘合剂的原位玻璃化能力，其中所选填料的独特矿物学特征决定了所形成类陶瓷网络的致密化过程（Jin and Chung, 2024a, Jin and Chung, 2024b）。
尽管关于无机涂层的文献十分丰富，但现有研究大多停留在描述层面，往往未能建立凝聚相矿物学相演变与综合防火性能指标之间的定量联系。虽然锥形量热仪提供了必要的数据（Izran et al., 2012; ISO 5660-1, 2015; Yan et al., 2019），但单独查看的参数对整体火灾风险提供的洞察有限。为此，建立了一套综合方法，涉及无量纲指标（FPI-VIII、FGI-VIII 和 FRI-IX）以及正式的消防安全分级系统（Chung and Jin, 2023）。然而，一个基本的机制问题仍未解决：尚未全面建立将不同粘土矿物学类型（1:1 与 2:1 层状硅酸盐）直接与高温相演变——具体而言，对比Mg2+介导的反应性整合与局部多晶型转变——及其对屏障互锁效能的后续调控联系起来。
为克服这些局限性，本研究提出了一种以矿物学为核心的高性能屏障基无机涂层设计策略。锥形量热与先进表征技术（XRD、FTIR 和 SEM/EDS）的结合为解释滑石和高岭土如何调节硅酸盐基质的热固结和相演变提供了物理基础。通过应用基于 FRI-IX 的火灾风险评级，本研究能够对涂层效能进行严格的比较评估。最终，本工作证明了演变矿相的协同互锁是下一代防火安全木质复合材料的關鍵。
