在雙碳背景和綠色建筑材料需求日益增長的推動下，天然高分子材料受到越來越多關(guān)注。木質(zhì)纖維素作為地球上最豐富的可再生資源之一，兼具低碳、可降解與可加工等多重優(yōu)勢，正在成為構(gòu)建綠色建筑和可持續(xù)材料體系的重要候選。然而，其固有的可燃性限制了其在火災(zāi)敏感場合的廣泛應(yīng)用，阻燃性能提升成為實際推廣過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題。
近日，不列顛哥倫比亞大學(xué)姜鋒教授團隊在《Progress in Materials Science》上發(fā)表綜述文章，系統(tǒng)梳理了近年來木質(zhì)纖維素基材料阻燃研究的核心進展，從材料燃燒機制、阻燃劑體系到構(gòu)筑策略與未來展望，構(gòu)建了清晰的研究圖譜。
文章首先從燃燒行為出發(fā)，深入剖析了木質(zhì)纖維素?zé)峤獾亩嚯A段過程，包括脫水、揮發(fā)、裂解與炭化等核心反應(yīng)。根據(jù)燃燒過程中不同反應(yīng)階段，阻燃機制可被劃分為凝聚相（熱屏蔽）與氣相（自由基抑制、氣體稀釋）兩類，這一機制框架為后續(xù)阻燃劑的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
圖1：木質(zhì)纖維素燃燒過程和阻燃機理。
在阻燃劑設(shè)計方面，文章依照構(gòu)成元素類型將各類阻燃劑逐一討論其作用機制及代表性應(yīng)用。作者特別強調(diào)了多種元素的協(xié)同構(gòu)效設(shè)計以及新型復(fù)合策略在提升阻燃效率和熱穩(wěn)定性方面展現(xiàn)出優(yōu)異潛力。
圖2：阻燃元素及常見阻燃劑。
為進一步提升木質(zhì)纖維素阻燃材料的綜合性能，文章重點介紹了近年來新興的功能整合與結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略，包括層層組裝、溶膠-凝膠、浸漬、化學(xué)接枝、自組裝等方法在提升阻燃效率、穩(wěn)定性和耐久性方面的作用。同時也深入討論了在環(huán)保法規(guī)趨嚴與綠色化趨勢驅(qū)動下，新興阻燃體系所面臨的可持續(xù)性挑戰(zhàn)。
除了阻燃效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，作者也特別強調(diào)了材料綠色性與可持續(xù)性的重要性。隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴格，開發(fā)低毒、生物基、無鹵的阻燃體系已成為研究趨勢。未來，構(gòu)建具有“協(xié)同機制 + 多功能整合 + 可持續(xù)來源”的阻燃結(jié)構(gòu)，將是推動木質(zhì)纖維素材料走向工程應(yīng)用的關(guān)鍵路徑。此外，綜述還提出了未來研究亟需關(guān)注的問題，如高效評價方法體系的建立、結(jié)構(gòu)-性能-環(huán)境三者之間的平衡優(yōu)化、多組分協(xié)同作用機制的深入理解等，為該領(lǐng)域后續(xù)研究提供了有價值的討論。
該綜述文章以題為“Flame-Retardant Strategies for Lignocellulose: Recent Progress and Prospect”的研究成果，近日發(fā)表在國際著名期刊《Progress in Materials Science》（DOI:10.1016/j.pmatsci.2025.101529）上。文章由不列顛哥倫比亞大學(xué)Sustainable Functional Biomaterials Lab博士生（Huayu Liu）擔(dān)任第一作者，姜鋒（Feng Jiang）教授和朱曄凌博士為通訊作者。
全文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642525001070#ab005
