水性聚氨酯涂層憑借低碳、環保且無毒的特性，在人造板及木制品涂飾領域應用廣泛，推動整個水性涂料行業迅猛發展。表面涂飾是提升木制品附加值和使用性能的重要手段，開發具有自修復功能的綠色水性木器涂料是實現木材保護和提質增值的有效途徑。桐油作為我國特色非食用木本油脂，來源廣泛、成本低廉、反應活性高，實用價值頗高。特別是在高分子材料合成及其改性方面，桐油具有廣泛應用潛力，針對桐油基高分子材料的制備，在有效調控聚合物網絡結構的可控交聯程度的同時，充分利用桐油分子的功能特性賦予材料整體應用性能，成為開發這類生物基涂層材料的重要難點與新途徑。安徽農業大學農林生物質高分子新材料團隊以桐油為原料，通過油脂分子功能化可控合成及定向調控制備木器用生物基水性聚氨酯涂料，實現木質材料表面涂層的強化、高黏附界面和自修復功能集成。結果表明：制備的桐油基水性聚氨酯乳液具有穩定且均一的分散特性；引入納米纖維素可有效提升復合涂層的力學性能，其拉伸強度達到9.3 MPa，楊氏模量為11.3 MPa、斷裂能為19.58 kJ/㎡；室溫自主修復效率可達98.4%（以斷裂應變為參照）；涂飾于木基材表面后表現良好的界面黏附及耐磨特性，在潮濕環境（RH 95%）下依然具有穩定的界面黏附強度（搭接剪切強度7.1 MPa）。該涂層作為人造板及其木制品飾面材料，既能滿足實際使用需求，又契合綠色低碳理念，為行業綠色發展提供實用的解決方案。該研究以“桐油基自修復木器涂層的構建及其界面特性”為題發表在木材科學與技術2025年39卷第1期上，得到了“十四五”國家重點研發計劃課題“木本油脂基高抗材料制備關鍵技術”（2022YFD2200802）和國家自然科學基金青年項目“基于仿生“類多巴”分子拓撲結構構建的桐油基壓敏膠黏附增強機制研究”（32401532）的支持，安徽農業大學王鐘副教授為第一作者，汪鐘凱教授為通訊作者。
圖1 桐油基聚氨酯的結構設計與復合涂層制備過程
如圖1所示，將桐油單體可控引入水性聚氨酯體系，借助其分子結構中的不飽和脂肪酸長碳鏈，賦予聚合物較高疏水性，使其在高濕環境下保持穩定的界面黏附性能，進而增強涂層整體耐候與耐磨性。同時，創新性構建硼酸酯基動態鍵合單元，實現桐油基聚氨酯涂層優良的室溫自修復效能。a涂層楊氏模量與斷裂韌性，b涂層抗穿刺測試，c自修復機理示意，d涂層劃痕修復顯微照片 引入CNF能夠優化聚合物網絡的能量耗散方式及效率，賦予涂層材料卓越的力學性能，當CNF添加量為1.0%時，涂層的力學性能達到整體最優（應力9.3 MPa，韌性50.12±1.4 MJ/m3，楊氏模量11.3±0.24 MPa）（圖2a）。橋聯的CNF可能形成強氫鍵作用，占據聚氨酯分子鏈間的有效空間，阻礙聚氨酯彈性體分子鏈的正常移動，進而賦予復合膜材料較高的剛度。涂層的斷裂能高達19.58 kJ/㎡，表現出優異的傷口不敏感特性（圖2b）。聚合物網絡中桐油側鏈與硼酸酯基形成了多重動態鍵合單元，賦予涂層傷口處的聚合物鏈段在室溫下可以高效解離與重構，從而達到自主修復效能（圖2b、2c）。
a涂層剝離測試過程，b涂層不同濕度環境下黏附強度，c涂層表面硬度與耐溶劑特性當用膠帶粘接測試表面，木材表面的涂層沒有任何破損，充分證實了涂層與木質基材表面具有穩定的界面附著力（圖3a）。在高濕環境下，該涂層仍然能維持相對穩定的界面黏附性能（圖3b），表明其具備良好的耐濕特性，能夠切實有效地保護木質基材。同時其硬度和耐溶劑擦拭性能顯著提升，鉛筆硬度達到5H，多種溶劑的擦拭次數均超過100次(圖3c)。原文鏈接：https://dx.?doi.org/10.12326/j.2096-9694.2024115引用本文：王鐘,熊鵬飛,李敏等.桐油基自修復木器涂層的構建及其界面特性[J].木材科學與技術,2025,39(01):37-46. DOI：10.12326/j.2096-9694.2024115
