竹木加工行業長期依賴熱固性樹脂粘合劑（如脲醛樹脂、異氰酸酯類），主要通過熱壓工藝完成膠合過程，能耗巨大且釋放有害揮發物（VOCs）。隨著“雙碳”目標推進，開發綠色、低成本的生物基粘合劑成為行業所需。然而，現有纖維素基粘合劑面臨室溫固化難、耐水性差等瓶頸，難以滿足工業需求。
近日，西南林業大學杜官本院士、楊龍研究員團隊通過“凍融誘導+原位交聯”技術方法，將胺化纖維素（AC）和環氧化纖維素（EC）在氫氧化鈉溶液中進行凍?融誘導原位交聯。在整個凍?融過程中，聚合物鏈通過晶體成核及生長形成了新的結晶域，實現了纖維素鏈之間的物理和化學交聯。最終，在微米和納米尺度上形成了化學+物理雙交聯網絡。這種全纖維素基室溫固化粘合劑（AC-EC）適用于粘接木材和竹子，并具有優異的防水性能。傳統人造板熱壓工藝能耗約占生產成本30%以上，而AC-EC粘合劑可直接室溫固化成型，省去了加熱環節。據測算，若大規模應用，單條生產線年省電可達數萬度，減排二氧化碳數十噸。因此，AC?EC膠黏劑對降低人造板工業的能源消耗和碳排放具有潛在的發展前景。
圖1、纖維素的功能化改性。（1）胺化纖維素（AC）和環氧化纖維素（EC）：在纖維素分子鏈上引入氨基和環氧基團，提供活性反應位點；（2）通過凍-融誘導策略形成物理和化學交聯骨架。
圖2化學交聯網絡的構建：堿性環境下，AC的氨基與EC的環氧基開環反應，形成穩定共價鍵。
圖3 物理交聯網絡的構建：凍-融過程中，纖維素鏈參與晶體成核生長，構建納米級物理纏結網絡。
圖4膠黏劑的力學性能測試：松木、杉木、桉木、櫸木、竹材等均表現出優異的黏合性能和耐水性。
圖5膠黏劑的成本能耗測算。（1）室溫固化，無需熱壓，24小時自然固化，能耗近乎為零。（2）環保經濟：主要原料為生物質組分。
相關研究成果近期以“Room-Temperature Curing of Cellulose Adhesive via Freeze?ThawInduced In Situ Cross-Linking for Bonding Wood or Bamboo”為題發表在國際期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上。該研究得到了國家重點研發計劃課題任務、國家自然科學基金面上項目、云南省院士工作站、云南省基礎研究計劃重點項目、云南省中青年學術和技術帶頭人后備人才項目以及云南省高層次人才培養支持計劃青年拔尖人才項目等經費支持。
原文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.4c10667
