扁平竹板（FB）具有原材料利用率高、尺寸大、外观美观等特点，在室内家具应用方面具有巨大潜力。然而，其固有的吸湿性和易燃性严重限制了其在潮湿或易燃环境中的性能。南京林业大学的研究团队开发了一种结合金属离子配位和硅烷改性的多功能纳米结构涂层体系，以提高 FB 的耐久性。具体而言，首先将 Ca 2+ /Zn 2+ 离子与海藻酸钠配位，构建生物基海藻酸盐（AS）涂层，然后进行硅烷改性（PSO），形成 AS/Ca-Zn@PSO 复合涂层。金属离子与硅烷的协同作用使得该涂层同时具备阻燃性、防霉性、疏水性和界面耐久性等优异性能。经 AS/Ca-Zn@PSO 功能化的竹纤维（FB）表现出优异的阻燃性能（极限氧指数 LOI = 32.3）和卓越的防霉性能，达到最高等级 0 级。与未处理的竹纤维相比，AS/Ca-Zn@PSO 功能化竹纤维的峰值放热速率和总烟量分别降低了 56%和 55%。此外，改性后的竹纤维在机械磨损后仍保持了良好的疏水性和阻燃性。这种环境友好的改性方法为将可再生竹材转化为具有良好耐水性、防霉性和阻燃性的可持续材料提供了一条有效途径，适用于室内家具应用。目前这项工作已以“A synergistic metal ion–silane strategy enables fire-safe, water-repellent, and mold-resistant flattened bamboo board”为题，发表于Chemical Engineering Journal期刊。
图1、AS/Ca-Zn@PSO 竹的制备及其潜在应用示意图
图2、(a) FB 模型；(b) FB 和 (c) AS/Ca-Zn@PSO FB 的纵向截面 SEM 图像；(d) AS/Ca-Zn@PSO FB 纵向截面的 EDS 元素分布图；(eh) 不同竹子样品的 XPS 曲线和相应的高分辨率 Ca 2p、Zn 2p 和 Si 2p 光谱
图3、(a) AS/Ca-Zn@PSO FB 的自清洁测试；(b) AS/Ca-Zn@PSO FB 表面各种液体的光学图像；(c) AS/Ca-Zn@PSO FB 浸入水中的数码照片，呈现出银镜般的现象；(d) 水滴在 AS/Ca-Zn@PSO FB 上的动态界面接触；(e, f) 各种竹子样品的动态水接触角；(g) AS/Ca-Zn@PSO FB 浸入各种溶液 24 小时后的水接触角；(hk) AS/Ca-Zn@PSO FB 进行砂纸磨损和胶带剥离测试的示意图，以及相应的水接触角结果
图4、（a）抗霉性测试示意图；（b）各种竹子样品在抗黑曲霉测试过程中的图像；（c）各种竹子样品对黑曲霉的感染率-培养时间曲线和（d）感染值评级；（e）FB 和 AS/Ca-Zn@PSO FB 的 MOE 和 MOR
图5、(a) 不同竹材样品在氮气气氛下的 TG 和 DTG 曲线；(b) 不同竹材样品在 CCT 试验中的 HRR、THR、SPR 和 TSP 曲线；(c) FB 和 AS/Ca-Zn@PSO FB 的垂直燃烧试验结果；(d) 不同竹材样品的 LOI 值；(e) FB 和 AS/Ca-Zn@PSO FB 在 CCT 试验后残余炭的数码照片和相应的 SEM 图像；(f) AS/Ca-Zn@PSO FB 的阻燃机理示意图；(g) AS/Ca-Zn@PSO FB 与其他文献报道的改性竹材的 PHRR 降低率、TSP 降低率、LOI、WCA 和防霉性能的比较
本研究开发了一种高效的化学改性策略，该策略能够实现纳米结构表面涂层的构建，该涂层整合了协同作用的金属离子和硅烷，赋予了阻燃竹材（FB）可持续的多功能性。与阻燃竹材或木塑复合材料相比，所提出的体系在加工复杂性更低、环境影响更小以及多功能性能更集成等方面具有优势（表 S7）。Ca 2+ 和 Zn 2+ 与海藻酸钠的协同作用形成了一种具有稳定“蛋盒”结构的杂化海藻酸盐涂层，显著提高了阻燃性和防霉性。随后沉积的硅烷基超疏水层进一步赋予了涂层疏水性和环境耐久性。优化后的 AS/Ca-Zn@PSO 阻燃竹材的水接触角（WCA）为 154.8°，并具有自清洁性能。经过 30 天的培养，AS/Ca-Zn@PSO FB 在暴露于黑曲霉 、 绿色木霉或柠檬青霉后，未观察到明显的霉菌滋生。 得益于金属离子和硅烷的协同作用，AS/Ca-Zn@PSO FB 还具有良好的防火性能，其极限氧指数（LOI）高达 32.3，并表现出自熄性。锥形量热仪测试结果表明，纳米结构涂层促进了炭层的形成，从而形成致密且机械稳定性良好的保护层，有效阻隔了热传递和挥发性气体的逸散。此外，该涂层在反复经砂纸摩擦和胶带剥离循环后，仍保持了其超疏水性和阻燃性能。 总体而言，在高效改性和可持续发展的指导下，这种环保简便的表面工程方法为可持续制造耐用的竹基室内家具材料提供了一条有希望的途径。 此外，由于采用了多功能复合涂层，所开发的材料也显示出在室内或室外环境中应用的潜力，例如装饰板、竹地板等。以及建筑外墙覆层。
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原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177789
