水性聚氨酯涂层凭借低碳、环保且无毒的特性，在人造板及木制品涂饰领域应用广泛，推动整个水性涂料行业迅猛发展。表面涂饰是提升木制品附加值和使用性能的重要手段，开发具有自修复功能的绿色水性木器涂料是实现木材保护和提质增值的有效途径。桐油作为我国特色非食用木本油脂，来源广泛、成本低廉、反应活性高，实用价值颇高。特别是在高分子材料合成及其改性方面，桐油具有广泛应用潜力，针对桐油基高分子材料的制备，在有效调控聚合物网络结构的可控交联程度的同时，充分利用桐油分子的功能特性赋予材料整体应用性能，成为开发这类生物基涂层材料的重要难点与新途径。安徽农业大学农林生物质高分子新材料团队以桐油为原料，通过油脂分子功能化可控合成及定向调控制备木器用生物基水性聚氨酯涂料，实现木质材料表面涂层的强化、高黏附界面和自修复功能集成。结果表明：制备的桐油基水性聚氨酯乳液具有稳定且均一的分散特性；引入纳米纤维素可有效提升复合涂层的力学性能，其拉伸强度达到9.3 MPa，杨氏模量为11.3 MPa、断裂能为19.58 kJ/㎡；室温自主修复效率可达98.4%（以断裂应变为参照）；涂饰于木基材表面后表现良好的界面黏附及耐磨特性，在潮湿环境（RH 95%）下依然具有稳定的界面黏附强度（搭接剪切强度7.1 MPa）。该涂层作为人造板及其木制品饰面材料，既能满足实际使用需求，又契合绿色低碳理念，为行业绿色发展提供实用的解决方案。该研究以“桐油基自修复木器涂层的构建及其界面特性”为题发表在木材科学与技术2025年39卷第1期上，得到了“十四五”国家重点研发计划课题“木本油脂基高抗材料制备关键技术”（2022YFD2200802）和国家自然科学基金青年项目“基于仿生“类多巴”分子拓扑结构构建的桐油基压敏胶黏附增强机制研究”（32401532）的支持，安徽农业大学王钟副教授为第一作者，汪钟凯教授为通讯作者。
图1 桐油基聚氨酯的结构设计与复合涂层制备过程
如图1所示，将桐油单体可控引入水性聚氨酯体系，借助其分子结构中的不饱和脂肪酸长碳链，赋予聚合物较高疏水性，使其在高湿环境下保持稳定的界面黏附性能，进而增强涂层整体耐候与耐磨性。同时，创新性构建硼酸酯基动态键合单元，实现桐油基聚氨酯涂层优良的室温自修复效能。a涂层杨氏模量与断裂韧性，b涂层抗穿刺测试，c自修复机理示意，d涂层划痕修复显微照片 引入CNF能够优化聚合物网络的能量耗散方式及效率，赋予涂层材料卓越的力学性能，当CNF添加量为1.0%时，涂层的力学性能达到整体最优（应力9.3 MPa，韧性50.12±1.4 MJ/m³，杨氏模量11.3±0.24 MPa）（图2a）。桥联的CNF可能形成强氢键作用，占据聚氨酯分子链间的有效空间，阻碍聚氨酯弹性体分子链的正常移动，进而赋予复合膜材料较高的刚度。涂层的断裂能高达19.58 kJ/㎡，表现出优异的伤口不敏感特性（图2b）。聚合物网络中桐油侧链与硼酸酯基形成了多重动态键合单元，赋予涂层伤口处的聚合物链段在室温下可以高效解离与重构，从而达到自主修复效能（图2b、2c）。
a涂层剥离测试过程，b涂层不同湿度环境下黏附强度，c涂层表面硬度与耐溶剂特性当用胶带粘接测试表面，木材表面的涂层没有任何破损，充分证实了涂层与木质基材表面具有稳定的界面附着力（图3a）。在高湿环境下，该涂层仍然能维持相对稳定的界面黏附性能（图3b），表明其具备良好的耐湿特性，能够切实有效地保护木质基材。同时其硬度和耐溶剂擦拭性能显著提升，铅笔硬度达到5H，多种溶剂的擦拭次数均超过100次(图3c)。原文链接：https://dx.doi.org/10.12326/j.2096-9694.2024115引用本文：王钟,熊鹏飞,李敏等.桐油基自修复木器涂层的构建及其界面特性[J].木材科学与技术,2025,39(01):37-46. DOI：10.12326/j.2096-9694.2024115
