酚醛樹脂粘合劑通常是用苯酚和甲醛合成的，而這兩種物質(zhì)都是石油基的，不能生物降解。人們迫切需要一種綠色環(huán)保的膠粘劑來替代它。使用完全基于生物質(zhì)的木質(zhì)素和糠醛取代它們是很有吸引力的。然而，要完全取代它們?nèi)杂欣щy，尤其是木質(zhì)素，因為其反應(yīng)活性較低。本文介紹了一種復(fù)合粘合劑的制備方法。使用低共熔溶劑(DES)、木質(zhì)素和糠醛制備了一種木質(zhì)素基復(fù)合粘合劑。木質(zhì)素基復(fù)合粘合劑是一種對木材具有可加工性的粘合劑，對桐木板的粘合強度達(dá)到 5.71 MPa。該粘合劑還具有出色的阻燃性能，阻燃等級為 V0，粘合劑涂覆在木材表面時，可以使其的極限氧指數(shù)達(dá)到 30%。有趣的是，它還具有出色的隔熱和光熱性能。重要的是，該粘合劑還能將木屑加工成堅固的再生木材。
木質(zhì)素糠醛全生物質(zhì)基超強木材粘合劑
木質(zhì)素由于自身空間位阻較大，反應(yīng)活性位點較少，使其反應(yīng)活性較低，不能直接與糠醛發(fā)生反應(yīng)。而木質(zhì)素售價含量豐富的生物質(zhì)原料，其豐富的酚羥基含量，是苯酚的優(yōu)良替代品。而如何綠色環(huán)保的對木質(zhì)素進(jìn)行改性，并且使其可以與糠醛反應(yīng)得到高粘結(jié)強度的膠粘劑，是目前的一大難點。因為目前木質(zhì)素的改性都不足夠綠色，而且就算使用綠色的DES進(jìn)行改性，改性后還需將DES除去或者回收，這樣會增加工藝過程，從而增加成本。于是，尋找一種綠色且不增加工藝過程的改性木質(zhì)素的方法是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。要點一：使用DES一鍋法制備高強度木質(zhì)素基復(fù)合膠粘劑本文使用DES用來解聚和分散木質(zhì)素，使木質(zhì)素可以與糠醛在同相中充分混合并且反應(yīng)。本文首先合成DES（ChCl-Urea-K2CO3）,然后將質(zhì)量比50%的木質(zhì)素加入其中，等到充分解聚后，加入糠醛，反應(yīng)后得到高強度的木質(zhì)素基復(fù)合膠粘劑。該一鍋法的制備過程綠色環(huán)保，工藝簡單。而且，由于DES的引入，使得木質(zhì)素基復(fù)合膠粘劑具有更優(yōu)異的性能。其對桐木板的粘結(jié)強度達(dá)到了5.71MPa，并且還具有耐低溫性能。圖 1. 不同反應(yīng)時間下 DES 與木質(zhì)素質(zhì)量比為 1:1 (a)、2:1 (b) 和 5:1 (c) 時的粘合性能，不同處理條件下對桐木板的粘合強度 (d)，我們的工作與目前報道的木質(zhì)素基復(fù)合粘合劑的粘合強度比較 (e)，以及粘合劑粘合木板的物理圖像 (f)。（圖片來源：Green Chemistry）
要點二：膠粘劑中DES在木材粘結(jié)中有重要作用由于復(fù)合膠粘劑中DES的存在，使得膠粘劑在粘結(jié)桐木板時，DES可以在熱壓時對木材表面的木質(zhì)素進(jìn)行溶解和破壞，使得膠粘劑可以更好的滲透到木材內(nèi)部。從而使得膠粘劑對木材具有更加優(yōu)異的粘結(jié)強度。圖 2. a) 測試后的樣品圖片；b) 原始泡桐板的 SEM 圖像；c-f) 反應(yīng)時間為 6、9、12、15 小時的木質(zhì)素基復(fù)合粘合劑對木板腐蝕程度的 SEM 圖像。g-j) DLF-6 粘合劑木材滲透結(jié)果的 SEM 表征；k) 顯微表征；l-n) 熒光顯微表征；o-p) 紅外光譜表征（圖片來源：Green Chemistry）
要點三：DES為木質(zhì)素基復(fù)合膠粘劑提供了優(yōu)異的阻燃性能由于DES的存在，使得木質(zhì)素基膠粘劑具有優(yōu)異的阻燃性能。將該膠粘劑涂抹在桐木板上，可以讓他們班通過垂直燃燒測試，并且，阻燃等級可以達(dá)到V0級。而且，桐木板的極限氧指數(shù)可以從22%提升到30%。圖 3. a) 第一次燃燒圖；b) 第一次火焰熄滅圖；c) 第二次燃燒圖；d) 第二次火焰熄滅圖，e) 垂直燃燒測試樣品；f-h) 已碳化的 DLF-6 粘合劑的掃描電鏡圖像；i-k) 碳化層下的 DLF-6 粘合劑的掃描電鏡圖像；l-o) 未經(jīng)高溫燃燒的 DLF-6 粘合劑的掃描電鏡圖像。（圖片來源：Green Chemistry）
本文所制備的木質(zhì)素基復(fù)合膠粘劑還具有優(yōu)異的隔熱性能，具有作為隔熱涂層的潛能。而由于木質(zhì)素的存在，使該膠粘劑具有優(yōu)異的光熱性能，其可以在808nm激光器以0.92 W/cm2光強照射下，在2分鐘超過250℃。本文還對膠粘劑對桐木板的橫截面的粘結(jié)強度進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)在0.13MPa的熱壓條件下， 該膠粘劑對橫截面的粘結(jié)強度可以達(dá)到4.18MPa，而對表面的粘結(jié)強度為4.54MPa。并且我們將巴沙木剪成碎片，與膠粘劑進(jìn)行簡單混合后熱壓，得到的木材的抗拉強度為3.61MPa，遠(yuǎn)大于巴沙木本身的1.73MPa。圖 4. a) 從中間切開的桐木板；b) 用 DLF-6 粘合劑粘合的桐木板；c) DLF-6 粘合劑與木材橫截面和木材表面的粘合性能比較；d) 巴沙木；e) 巴沙木碎片；f) DLF-Balsa 木材；g) 巴沙木和 DLF-Balsa 木材的抗剪強度比較。（圖片來源：Green Chemistry）
我們的膠粘劑不僅工藝簡單，綠色環(huán)保，而且其還具有極低的成本。其原料成本僅為500 USD/噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前常見的石油基膠粘劑。具有可持續(xù)發(fā)展的前景。在這項工作中，采用堿性DES作為綠色溶劑，通過一鍋法制備了木質(zhì)素基復(fù)合粘合劑，同時用木質(zhì)素和糠醛分別完全取代了苯酚和甲醛。這種新型木質(zhì)素基復(fù)合粘合劑將成為酚醛樹脂和脲醛樹脂粘合劑的理想替代品。DES-木質(zhì)素-糠醛木質(zhì)素基復(fù)合粘合劑（DLF粘合劑）與木材的粘合性能優(yōu)異，不僅超過了市售的酚醛樹脂粘合劑，而且?guī)缀醭^了所有已報道的酚醛樹脂粘合劑。此外，DLF粘合劑還具有耐低溫性，在低溫下比在室溫下表現(xiàn)出更好的粘合性能。本研究制備的粘合劑還具有優(yōu)異的阻燃和隔熱性能，具有作為防火材料和隔熱材料的潛力。這種DLF粘合劑不僅對木材表面，而且對木材橫截面和木屑都具有出色的粘合性能。這種粘合劑還具有出色的光熱性能，有潛力用作光熱材料?？傊@種DLF粘合劑可用作耐低溫和耐火的高性能木材粘合劑，將來有可能用作防火涂料、隔熱材料、光熱材料等。相關(guān)工作以“Multifunctional Lignin-based Composite Ultra-Adhesive for Wood Processing”為題發(fā)表在Green Chemistry（DOI: 10.1039/d3gc03542e）期刊上，論文通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)閆立峰教授，第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生詹博翔。閆立峰，1969年7月生于黑龍江省莫力達(dá)瓦旗，祖籍河南。博士，教授，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院黨委書記兼副院長。2001年于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲得理學(xué)博士學(xué)位。目前主要從事綠色化學(xué)和高分子化學(xué)與物理研究，具體包括：1）大分子納米藥物：近紅外成像引導(dǎo)的癌癥診療研究；2)碳材料及其在催化、能量高效轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用；3)以生物質(zhì)為原材料的綠色化學(xué)研究;4)科技考古。中國化學(xué)會纖維素專業(yè)委員會委員，中國化工學(xué)會離子液體專業(yè)委員會委員。合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和中科院軟物質(zhì)化學(xué)重點實驗室成員。生物質(zhì)潔凈能源安徽省重點實驗室副主任。目前已發(fā)表SCI與EI收錄學(xué)術(shù)論文220余篇，被引用10000多次，H-index:48，申請發(fā)明專利10項(6項已授權(quán))，專著3本?？蒲许椖堪▏易匀豢茖W(xué)基金、科技部“973項目”子課題、“863項目”子課題、企業(yè)合作項目等。2014年中國科學(xué)院優(yōu)秀導(dǎo)師獎，2014年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)優(yōu)秀導(dǎo)師獎。2018年獲“張懋森基金獎”，2020年中科大“平凡教育基金獎”，2021年度廣東省自然科學(xué)獎一等獎。閆立峰課題組主頁：https://faculty.ustc.edu.cn/yanlifeng/zh_CN/index.htm
本站僅提供存儲服務(wù)，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請
點擊舉報。
