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  作為全球應用最廣泛的結構材料之一，膠合板在建筑、家具、交通運輸和包裝等領域具有關鍵作用，其可靠性取決于膠合界面的長期穩定性。傳統使用的脲醛樹脂、酚醛樹脂和環氧樹脂等石化基膠粘劑雖具高強度和良好加工性，卻面臨甲醛釋放、微塑料污染等環境風險，“雙碳”戰略也使行業對綠色替代材料的需求愈加迫切。以木質素為代表的可再生資源為生物基膠粘劑的發展提供了新契機，但其工業化推廣的最大障礙在于濕熱循環、溫度波動等復雜環境下界面易失穩。如何在高粘接強度、環境耐久性與可持續性之間實現真正的平衡，已成為當前綠色結構膠粘劑領域亟待攻克的關鍵難題。

  近日，王雙飛團隊受天然木材細胞壁層級結構啟發，提出了“醚鍵錨固木質素”的新型界面設計策略。研究通過精準調控木質素、纖維素與三羥甲基丙烷三縮水甘油醚（TMPTE）間的醚化反應，將木質素分子共價錨定于纖維表面，構筑類細胞壁的穩健三維交聯網絡。其性能優勢源于三重協同機制：（i）木質素的疏水性、粘附性與化學可調性賦予界面基礎穩定；（ii）深共熔溶劑（DES）激活木質素結構，釋放更多反應位點；（iii）TMPTE憑借高反應性和多環氧基實現致密交聯。經D-木質素與TMPTE（DLT）的協同固化，該體系形成強韌的共價粘結網絡，顯著增強界面結合力與耐久性。相較傳統生物基與醛類膠粘劑，該仿生體系展示出突出綜合性能：干/濕強度分別達12.57 ± 1.25 MPa和3.06 ± 0.38 MPa，并在沸煮、冷凍、高溫及酸堿/有機溶劑等極端條件下仍保持結構穩固。該體系完全無醛、具生物相容性和低碳特征，為復雜環境服役的下一代綠色結構膠粘劑提供了一條穩健、可持續且可規模化的新途徑。

  2025年12月12日，該成果以題為“Strong and Weather-Resistant Wood Bonding Enabled by Cell Wall–Inspired Ether-Anchored Lignin”發表在自然指數期刊《Advanced Functional Materials》上，2023級碩士生唐方圓為第一作者，李許生副教授為通訊作者，邱劍升、吳訓瀟、劉永斐、胡清娣、蔡辰辰、張嘉奧、管兵兵、王志鑫參與研究。

圖文導讀

1、DLT膠粘劑的仿生策略與結構設計

  天然木材細胞壁中的木質素–碳水化合物復合體（LCC）通過醚鍵或酯鍵將木質素與多糖緊密連接，形成兼具界面粘結、疏水屏蔽與能量耗散的三維穩固網絡，使木材在濕熱波動中仍保持卓越耐久性。受此層級結構啟發，研究團隊提出“醚鍵錨固木質素”策略。該策略利用 TMPTE 與木質素和纖維素羥基發生醚化反應，將天然疏水、具黏附性的木質素牢固共價固定于纖維表面，構筑集強界面黏附、疏水防護與能量耗散于一體的復合界面。同時，通過深共熔溶劑（DES）預處理激活木質素反應位點，進一步增強界面強度與耐濕性能。

圖1. 膠粘劑的設計理念與成效

2、DLT膠粘劑的制備流程與物化表征

  通過“活化-錨固”兩步法，實現了木質素向高性能膠粘劑的轉化。首先，深共熔溶劑切斷木質素中的醚鍵，釋放更多酚羥基，顯著提升其反應活性。隨后，引入高反應性的 TMPTE，使其在堿性條件下打開環氧基，與木質素和纖維素形成穩定的醚鍵交聯。光譜和熱分析證實，這一過程構建了致密穩固的共價網絡，并增強了材料的熱穩定性。最終，木質素被牢固“錨定”在纖維素微纖絲上，形成類似天然細胞壁的層級結構，大幅提升膠粘劑的內聚力與界面結合力。

圖2.膠粘劑的制備與表征

3、DLT的性能調控與強度對比

  研究團隊發布的新型DLT 膠粘劑在強度與耐久性上與常見的生物基膠和石化樹脂相比均展現出明顯優勢。其高性能源于活化木質素與 TMPTE 的協同固化機制，使膠層在干態與濕態均表現出顯著的結構穩定性，在沸水浸泡后依舊保持完好。研究確定了最佳配方與工藝：1:1 配比、適中施膠量與合理熱壓條件，可顯著增強界面固化質量。顯微觀察顯示，DLT 能深入滲透木材并顯著提升基材剛度，且在多輪濕/干循環中仍保持牢固結合，展現出優異的界面穩定性與工業化應用前景。

圖3. 膠粘劑的力學性能分析

4、DLT膠粘劑的增強機制與界面分析

  DLT 生物膠的顯微分析顯示，其在熱壓過程中深入滲透木材細胞壁，促使細胞壁融合并形成“機械鎖扣”式互嵌，同時通過醚化反應在木質素與多糖間構建穩固的化學錨固網絡，使膠合界面幾乎與木材本體無異。斷口觀察證實，DLT 實現均勻應力傳遞與高能量耗散，破壞時呈準脆性斷裂并伴隨大量纖維拔出，界面強度遠超未處理體系。研究表明，其卓越性能源于深度滲透、界面致密化與化學鍵合的協同作用，經優化的活化和熱壓條件賦予其在嚴苛濕熱環境下仍保持優異黏結耐久性的能力。

圖4. 膠合界面分析

5、DLT膠粘劑的寬適用性與拓展潛力

  DLT 生物膠在可靠性與可持續性方面表現突出：其搭接的木板可承載 70 kg 成人，并在 ?196 ℃ 至 150 ℃ 的極端溫度下保持 7–10 MPa 的高強度，遠超行業標準（0.7 MPa）。樣品在水、乙醇、DMSO、海水及強酸強堿中浸泡 7 天后保持結構完好，適用于高濕與腐蝕環境；廢棄板材在戶外土壤中 15–30 天即可出現豐富真菌菌絲，顯示良好生物降解性。DLT其碳足跡僅 0.158 t CO? eq/t，顯著優于 UF、PF、EP。憑借高性能、強耐候、低成本與低排放等優勢，DLT 有望成為結構木制品領域具競爭力的石化替代方案。

圖5. 膠粘劑的適應性與拓展潛力分析

結論：

  總之，這項工作提出了一種受細胞壁啟發的策略，能夠通過共價鍵將木質素錨定在纖維素上，從而構建出堅固的生物基粘合劑網絡。所得的DLT 粘合劑表現出卓越的粘結強度、出色的耐候性和廣泛的環境適應性，超越了大多數已報道的生物基和石油基粘合劑。其低碳足跡、可生物降解性和可擴展性凸顯了一條通往可持續結構粘合劑材料的有前景的道路。

  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202527965