经过胺改性的聚甘油磷酸酯涂层用于工程木复合材料，可显著提高其防火和抗生物侵蚀性能

《Progress in Materials Science》：Amine-modified polyglycerol phosphate coatings for engineered wood composites with enhanced fire and biological resistance

本研究开发了一种新型氨基功能化聚甘油磷酸（APGP）阻燃涂层，结合纳米管黏土（HNTs）和生物基树脂，显著提升OSB基材的阻燃性能与抗白蚁能力，减少热释放并增强热稳定性。

　　本文介绍了一种新型的氨基功能化聚甘油磷酸（APGP）阻燃剂的合成及其在定向刨花板（OSB）上的应用。该阻燃剂通过甘油与磷酸的缩聚反应合成，并进一步与氨基功能化化合物（如聚乙烯亚胺，PEI）进行交联。随后，APGP与高岭石纳米管（HNTs）结合，并分散在脂肪族树脂中，形成一种多功能的阻燃涂层。该涂层被应用于OSB基材上，以提升其防火性能和防虫能力。研究结果显示，这种新型阻燃剂与HNTs的协同作用显著增强了OSB的防火性能，同时有效提升了其抗白蚁能力。

APGP的合成过程是本研究的核心之一。该过程利用了生物基的甘油和磷酸作为主要原料，通过化学反应生成了一种具有磷酸和氨基功能基的新型聚合物。这种聚合物不仅具备良好的热稳定性，还能在燃烧过程中形成稳定的炭层，从而延缓火势的蔓延。为了进一步提高其阻燃性能，APGP与HNTs结合。HNTs是一种天然提取的纳米管结构材料，具有空心的纳米管状形态，并且在化学性质上与高岭石相似。HNTs的引入不仅增强了涂层的机械性能，还为其提供了额外的热阻隔作用。通过将APGP与HNTs结合，并将其分散在脂肪族树脂中，研究人员成功制备了一种新型的多功能阻燃涂层，该涂层能够在OSB表面形成均匀的保护层，有效防止火焰的传播和热量的传递。

为了验证APGP的合成效果，研究人员进行了结构分析，包括核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）。结果显示，APGP的化学结构中确实包含了磷酸基团和氨基基团，证明了其成功合成。此外，HNTs的加入也对APGP的性能产生了积极影响。HNTs的纳米结构使得其能够有效地封装阻燃剂，从而提高其在材料中的分布均匀性和稳定性。这种封装作用不仅有助于减少阻燃剂的迁移，还能增强其在高温下的耐受性。通过与APGP的协同作用，HNTs在燃烧过程中促进了炭层的形成，同时限制了热量和可燃挥发物的传递，从而显著提高了OSB的阻燃性能。

在实验中，研究人员对不同HNTs含量（0–10 wt%）的APGP/HNTs/树脂涂层进行了评估。结果表明，随着HNTs含量的增加，涂层的热稳定性和炭残留量均得到了显著提升。特别是在10 wt% HNTs的条件下，涂层的峰值热释放速率减少了34%，总热释放量也大幅下降。这表明HNTs在提升OSB阻燃性能方面具有重要作用。同时，该涂层在抗白蚁测试中表现优异，将白蚁死亡率从4.4%提升至32.4%，并显著降低了OSB的重量损失，从17.2%降至仅2.5%。这些数据表明，APGP/HNTs/树脂涂层不仅在防火方面表现出色，还能有效防止白蚁对木材的侵害。

除了防火性能，该研究还关注了涂层的环保性。APGP作为一种基于生物基材料的阻燃剂，与HNTs的结合使得整个涂层系统具备了良好的可持续性。相比之下，传统的阻燃剂往往含有卤素或其他有毒物质，不仅对环境造成污染，还可能对人体健康产生潜在危害。而APGP和HNTs的组合则避免了这些问题，提供了一种更加安全和环保的替代方案。此外，脂肪族树脂作为涂层的基材，也具有较低的毒性和较高的生物相容性，进一步增强了整个系统的环保价值。

在实际应用中，这种新型阻燃涂层的优势在于其透明性和对木材外观的保护。由于其能够形成均匀的保护层，不会影响木材的自然色泽和纹理，因此非常适合用于高端家具、文化遗产保护和历史建筑等领域。这些应用场景对材料的外观和功能性都有较高要求，而APGP/HNTs/树脂涂层则能够在满足这些要求的同时，提供有效的防火和防虫保护。此外，该涂层还具备良好的水阻性和耐久性，能够在潮湿环境中保持其性能，这在许多实际应用中尤为重要。

研究人员还探讨了APGP与HNTs之间的协同机制。APGP中的氨基基团和磷酸基团在燃烧过程中能够形成稳定的炭层，而HNTs则通过其纳米结构提供额外的热阻隔作用。这种协同作用不仅提高了涂层的阻燃性能，还增强了其在高温下的稳定性。此外，HNTs的加入还改善了涂层的机械性能，使其在应用过程中更加牢固，不易脱落或损坏。这种综合性能的提升使得APGP/HNTs/树脂涂层成为一种理想的多功能阻燃材料。

在实验方法方面，研究人员采用了多种分析技术来评估涂层的性能。例如，通过锥形量热仪（Cone Calorimeter）测试了涂层的防火性能，包括峰值热释放速率（PHRR）、总热释放（THR）和烟雾释放等指标。这些测试结果不仅验证了涂层的阻燃效果，还为后续的优化提供了数据支持。此外，研究人员还通过扫描电子显微镜（SEM）和热重分析（TGA）等手段对涂层的微观结构和热稳定性进行了分析，进一步确认了其在实际应用中的可行性。

在生物相容性方面，APGP和HNTs的组合不仅提高了材料的阻燃性能，还增强了其对白蚁等害虫的抵抗力。白蚁是一种常见的木材害虫，能够通过啃食木材导致严重的结构损坏。传统阻燃剂虽然能够有效防止火灾，但对白蚁的防护能力有限。而APGP/HNTs/树脂涂层则通过其独特的化学结构和物理特性，有效抑制了白蚁的活动。这种双重保护机制使得该涂层在提高木材防火性能的同时，也延长了其使用寿命，减少了因白蚁侵害而导致的材料损耗。

从应用前景来看，APGP/HNTs/树脂涂层不仅适用于OSB，还可能扩展到其他木质材料和复合材料。例如，在建筑行业，这种涂层可以用于木材结构的防火处理，提高建筑物的整体安全性。在家具制造领域，其透明性和对木材外观的保护能力使其成为一种理想的表面处理材料。此外，在文化遗产保护和历史建筑修复中，该涂层的环保性和对木材的保护作用也具有重要价值。通过这种新型涂层的使用，木材材料不仅能够更有效地抵抗火灾，还能在长期使用中保持其结构完整性，减少因自然老化或虫害导致的损坏。

在材料科学和环保技术的背景下，这种新型阻燃涂层的开发具有重要意义。随着全球对可持续建筑材料的需求不断增加，传统的阻燃剂因其潜在的环境危害和健康风险，正逐渐受到质疑。而APGP/HNTs/树脂涂层则提供了一种更加环保、安全的替代方案。它不仅能够有效提升木材的防火性能，还能通过其多功能特性，满足不同应用场景的需求。这种材料的开发不仅有助于减少火灾事故的发生，还能够降低对环境和人类健康的潜在影响，为未来的建筑材料创新提供了新的思路。

此外，本研究还强调了生物基材料在阻燃技术中的应用潜力。甘油作为一种常见的生物基化合物，其可再生性和低毒性使其成为一种理想的阻燃剂原料。通过化学合成方法，研究人员将甘油与磷酸结合，并进一步与PEI交联，形成了一种结构更加稳定的阻燃剂。这种合成方法不仅避免了传统阻燃剂中使用的有毒化学物质，还提高了材料的热稳定性和阻燃效率。因此，APGP的合成过程为开发更加环保的阻燃材料提供了可行的技术路径。

在实际应用中，APGP/HNTs/树脂涂层的制备工艺也值得关注。研究人员通过将APGP与HNTs结合，并将其分散在脂肪族树脂中，形成了一种均匀的涂层体系。这种分散方法确保了HNTs在树脂中的均匀分布，从而提高了涂层的整体性能。同时，PEI的加入不仅增强了涂层的热稳定性，还提高了其对白蚁的防护能力。这些因素共同作用，使得该涂层在实际应用中表现出色，具备广泛的市场前景。

综上所述，本研究通过合成一种新型的氨基功能化聚甘油磷酸阻燃剂，并结合高岭石纳米管和脂肪族树脂，成功开发了一种多功能的阻燃涂层。该涂层不仅显著提高了OSB的防火性能，还增强了其对白蚁的抵抗力，同时具备良好的环保性和可持续性。这一研究成果为未来阻燃材料的开发提供了新的方向，特别是在提高材料安全性、减少环境影响和延长材料使用寿命方面具有重要意义。随着对环保和可持续发展的重视，这种新型阻燃涂层有望在未来建筑和家具行业中得到广泛应用。