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北京時(shí)間2023年8月8日，國際期刊《自然》(Nature)以快速發(fā)表的形式報道了福建農林大學(xué)材料工程學(xué)院帥李教授團隊題為“Bonding wood with uncondensed lignins as adhesives”的最新研究成果。福建農林大學(xué)為唯一完成單位。這是福建農林大學(xué)生物質(zhì)基功能材料研究中心在生物質(zhì)資源高值化利用領(lǐng)域研究出的一項重大成果。
該工作突破了傳統木質(zhì)素基木材膠黏劑制備過(guò)程復雜、成本高、性能較差的技術(shù)瓶頸，利用高活性木質(zhì)素制備出粘接性能優(yōu)異的新型綠色木質(zhì)素膠黏劑，該研究制備木質(zhì)素膠黏劑的方法簡(jiǎn)單、有效、成本低，有望成為石化基大宗膠黏劑(如脲醛和酚醛樹(shù)脂等)的理想替代物，具有促進(jìn)工程材料向綠色、低碳和可持續發(fā)展的巨大潛能。人造板廣泛應用于建筑、家居、裝飾和包裝等領(lǐng)域，我國人造板年產(chǎn)量超過(guò)3億立方米，產(chǎn)量居全球第一。目前，人造板常用的膠黏劑主要包括脲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂，其主要原料來(lái)源于化石產(chǎn)品;合成和使用石化基膠黏劑存在有毒有害甲醛等氣體釋放。為了降低對化石原料的依賴(lài)，傳統方法利用林木生物質(zhì)中木質(zhì)素替代部分苯酚，合成木質(zhì)素-酚醛樹(shù)脂膠黏劑，由于工業(yè)木質(zhì)素在分離過(guò)程中縮合嚴重、活性較低，該膠黏劑的膠合性能較差、顏色較深、成本較高，而且無(wú)法完全克服甲醛釋放的問(wèn)題。因此，長(cháng)期以來(lái)，利用綠色低碳生物質(zhì)制備低成本、高性能且無(wú)毒木材膠黏劑受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。該團隊在前期研究基礎上，受木質(zhì)素以類(lèi)似“膠”的形式綁定林木生物質(zhì)中纖維素和半纖維素的啟示，從生物質(zhì)(例如木材和秸稈)中提取出高活性木質(zhì)素，制備成新型綠色木質(zhì)素膠黏劑;使用該木質(zhì)素膠黏劑，可以在較寬熱壓溫度范圍(100–190 °C)內制備出性能優(yōu)異的膠合板，擁有綠色、工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異、成本低的優(yōu)勢，具有替代傳統石化基木材膠黏劑的巨大潛力。
微觀(guān)界面表征發(fā)現，熱壓過(guò)程中木質(zhì)素基膠黏劑的膠合機制主要涉及木質(zhì)素軟化以及軟化木質(zhì)素在導管等胞間孔隙的滲透和填充;二維核磁及顯微紅外光譜等研究發(fā)現，熱壓過(guò)程中木質(zhì)素膠黏劑苯基2, 5, 6號碳位及脂肪族側鏈α, β和γ碳等位點(diǎn)上形成了新的C-C鍵，證明膠黏劑中木質(zhì)素發(fā)生原位自交聯(lián)及其與植物細胞壁中原生木質(zhì)素的交聯(lián)反應?？傮w而言，木質(zhì)素膠黏劑可在板材界面形成物理和化學(xué)的膠合作用，實(shí)現綠色低碳木制品的高效制備。
論文的研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、國家林業(yè)和草原局青年拔尖人才項目、福建省杰出青年基金項目的資助。
