胶合板广泛用于建筑，如地板和内墙，以及制造家居用品，如家具和橱柜。这些物品是由木饰面制成的，用脲醛(UF)和酚醛(PF)树脂等粘合剂粘合在一起。长期以来，学术界和工业界的研究人员一直致力于利用生物质衍生木质素合成木质素-酚醛(LPF)树脂胶粘剂，这是一种可以替代石油衍生苯酚的酚醛聚合物。然而，由于其外观和成本，LPF树脂胶粘剂对胶合板制造商的吸引力不如UF和PF树脂。
鉴于此，近期由福建农林大学材料工程学院帅李教授团队在
《Nature》
上发表了题为
“Bonding wood with uncondensed lignins as adhesives”
的最新研究成果。福建农林大学为唯一完成单位。这是该校生物质基功能材料研究中心在生物质资源高值化利用领域研究出的一项重大成果。
该研究主要
报告了一种从木质纤维素生物质制备木质素基木材粘合剂的简单实用策略。研究小组的策略包括从生物质中分离未缩合或略微缩合的木质素，然后直接将木质素和水悬浮液作为粘合剂涂在木饰面上。具有优异性能的胶合板产品可以在广泛的热压温度范围内用这种木质素粘合剂制备，使粘合剂成为不同细分市场中传统木材粘合剂的非常有前途的替代品。机理研究表明，这种木质素粘合剂的粘附机制可能涉及水软化木质素，用软化的木质素填充容器以及粘合剂中的木质素与细胞壁中的木质素交联。
该工作
突破了传统木质素基木材胶黏剂制备过程复杂、成本高、性能较差的技术瓶颈，利用高活性木质素制备出粘接性能优异的新型绿色木质素胶黏剂，该研究制备木质素胶黏剂的方法简单、有效、成本低，有望成为石化基大宗胶黏剂
（如脲醛和酚醛树脂等）
的理想替代物，具有促进工程材料向绿色、低碳和可持续发展的巨大潜能。
人造板广泛应用于建筑、家居、装饰和包装等领域，我国人造板年产量超过3亿立方米，产量居全球第一。目前，人造板常用的胶黏剂主要包括脲醛树脂和酚醛树脂，其主要原料来源于化石产品；合成和使用石化基胶黏剂存在有毒有害甲醛等气体释放。为了降低对化石原料的依赖，传统方法利用林木生物质中木质素替代部分苯酚，合成木质素-酚醛树脂胶黏剂，由于工业木质素在分离过程中缩合严重、活性较低，该胶黏剂的胶合性能较差、颜色较深、成本较高，而且无法完全克服甲醛释放的问题。因此，长期以来，利用绿色低碳生物质制备低成本、高性能且无毒木材胶黏剂受到学术界和工业界的高度关注。
该团队在前期研究基础上，受木质素以类似“胶”的形式绑定林木生物质中纤维素和半纤维素的启示，从生物质（例如木材和秸秆）中提取出高活性木质素，制备成新型绿色木质素胶黏剂；使用该木质素胶黏剂，可以在较宽热压温度范围（100–190 °C）内制备出性能优异的胶合板，拥有绿色、工艺简单、性能优异、成本低的优势，具有替代传统石化基木材胶黏剂的巨大潜力。
微观界面表征发现，热压过程中木质素基胶黏剂的胶合机制主要涉及木质素软化以及软化木质素在导管等胞间孔隙的渗透和填充；二维核磁及显微红外光谱等研究发现，热压过程中木质素胶黏剂苯基2, 5, 6号碳位及脂肪族侧链α, β和γ碳等位点上形成了新的C-C键，证明胶黏剂中木质素发生原位自交联及其与植物细胞壁中原生木质素的交联反应。总体而言，木质素胶黏剂可在板材界面形成物理和化学的胶合作用，实现绿色低碳木制品的高效制备。
论文的研究得到了国家自然科学基金项目、国家林业和草原局青年拔尖人才项目、福建省杰出青年基金项目的资助。
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06507-5
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