石油基涂层对环境的影响——包括微塑料污染和二氧化碳排放——迫切需要可持续的替代品[1,2]。木质生物质是一个很好的候选者，因为它是最丰富的可再生碳资源，并且不会与食品供应竞争。树皮生物质是木材工业产生的主要副产品，每年产量约为2亿立方米（全球工业原木总产量的10%）[3], [4], [5]。树皮生物质主要用于直接燃烧以产生热量和电力，但由于灰分含量高，会导致腐蚀[6]，或者用作覆盖物以保持土壤表面和增强土壤养分，尽管其可用性很高，但其利用仍然有限[7]。然而，由于其含有丰富的脂溶性提取物、木质素和导热性，树皮生物质作为可再生涂层材料具有独特的潜力[3,[8], [9], [10], [11], [12], [13]。尽管树皮资源丰富且含有多种功能性成分[4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]，但在未经成分分离或添加合成添加剂的情况下，它很少被用于涂层制备。
树皮具有多层结构，包括外皮和内皮[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18]。外皮富含软木组织和香脂醇等脂溶性提取物，有助于提高疏水性和热稳定性[19,20]，而内皮（韧皮部）由于其富含多糖的基质和甾醇而具有柔韧性和粘合潜力[21]。这些结构特点使得在热压缩下能够形成致密的、贴合表面的涂层。树皮生物质固有的疏水性高于木材[3,13,21]，这归因于其中较高的非极性成分（如脂肪酸、软木醇和三萜类化合物）含量[3,20]。这些化合物，尤其是在外皮中浓度较高，可以减少水分吸收和膨胀，从而提高木材表面的尺寸稳定性[3]。先前的研究表明，从树皮提取物制备的涂层可以实现显著的疏水性。用苯溶剂从黑荆（Acacia mearnsii）树皮中提取的成分制成的涂层表现出超过98°的疏水接触角，而用丙酮和酒精提取的成分则低于79°[21]。从桦树中提取的桦木素制成的涂层表现出152°的接触角，这是由于高轴向晶体的自组装形成了刺猬状超结构[22]。还报道了使用树皮纤维素和玉米芯木质素重建的木材以及从桦树和云杉树皮制备的防水木材涂层的疏水性[7]。然而，这些方法通常依赖于溶剂提取和成分分离，限制了其可扩展性和可持续性。相比之下，在温和条件下直接利用整个树皮生物质可以制备出无合成添加剂的疏水涂层。树皮本身的疏水性及其热反应性使得无需粘合剂即可形成薄膜并进行表面功能化。树皮中的脂溶性提取物，包括长链脂肪酸、甾醇和三萜类化合物，在热条件下会发生酯化和氧化交联反应，从而形成防水表面[23]。这些反应在外皮中尤为明显，因为那里的脂质浓度最高。此外，热压过程促进了基质的渗透和纤维间的互锁，增强了树皮薄膜与木材基材之间的附着力[24,25]。同时，热激活促进了分子重排和酯键的形成，这对生成疏水表面至关重要[26]。
广泛应用于各种行业的涂层可以改善美观性、防水性以及抵抗环境损害（如紫外线、机械冲击、磨损以及木材侵害昆虫和微生物）[27,28]。常用的涂层树脂主要是合成的，包括聚酯、三聚氰胺、酚类、聚氯乙烯、丙烯酸酯、聚氨酯、硅胶、氟碳等。这些基于石油的木材涂层具有较高的功能性；然而，它们在不可回收性和二氧化碳排放方面对环境有负面影响。使用基于树皮的涂层有望缓解这些环境问题，因为树皮本身可以在地球或森林生态系统中分解。然而，目前尚未有报告指出在温和且简单的条件下使用未经成分分离和添加石油衍生添加剂或合成聚合物的整个树皮生物质制备的树皮材料。
在之前的工作中，我们通过甲酸溶解和浇铸方法从木材和农业废弃物中制备了生物质薄膜，并通过热压实现了强烈的附着力和可调的疏水性[29,30]。然而，树皮衍生物在提高防水性方面的作用尚未得到探索。在此基础上，本研究介绍了一种由日本雪松树皮和桉树组成的双层薄膜，直接热压到木材表面，无需使用合成粘合剂。所得涂层表现出高达127°的接触角，显著提高了防水性和界面附着力。机制分析表明，疏水性的增强源于木质纤维素基质的热重排和树皮衍生脂质的酯化之间的协同效应。这些脂质（包括羟基脂肪酸和二羧酸）通过与木材成分的交联，促进了表面粗糙度和防潮层的形成。这项研究展示了使用整个树皮生物质制备功能性木材涂层的可扩展且环保的方法。与传统依赖石油衍生聚合物或分离树皮成分的涂层方法不同，我们的方法在温和条件下利用整个树皮生物质，为防水表面工程提供了一种可持续且环保的替代方案。
