专栏名称: 高分子科技

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西南林大杜官本院士、杨龙研究员团队《ACS SCE》: 通过冻融诱导原位交联实现室温固化的纤维素粘合剂 - 用于粘合竹子或木材

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2025-03-14 13:05

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竹木加工行业长期依赖热固性树脂粘合剂（如脲醛树脂、异氰酸酯类），主要通过热压工艺完成胶合过程，能耗巨大且释放有害挥发物（ VOCs ）。随着 “ 双碳 ” 目标推进，开发绿色、低成本的生物基粘合剂成为行业所需。然而，现有纤维素基粘合剂面临室温固化难、耐水性差等瓶颈，难以满足工业需求。

近日， 西南林业大学杜官本院士、杨龙研究员团队 通过“冻融诱导 + 原位交联 ” 技术方法，将胺化纤维素（ AC ）和环氧化纤维素（ EC ）在氢氧化钠溶液中进行冻 − 融诱导原位交联。在整个冻 − 融过程中，聚合物链通过晶体成核及生长形成了新的结晶域，实现了纤维素链之间的物理和化学交联。最终，在微米和纳米尺度上形成了化学 + 物理双交联网络。这种全纤维素基室温固化粘合剂（ AC-EC ）适用于粘接木材和竹子，并具有优异的防水性能。传统人造板热压工艺能耗约占生产成本 30% 以上，而 AC-EC 粘合剂可直接室温固化成型，省去了加热环节。据测算，若大规模应用，单条生产线年省电可达数万度，减排二氧化碳数十吨。因此， AC−EC 胶黏剂对降低人造板工业的能源消耗和碳排放具有潜在的发展前景。

图 1 、纤维素的功能化改性。（ 1 ）胺化纤维素（ AC ）和 环氧化纤维素（ EC ）：在纤维素分子链上引入氨基和环氧基团，提供活性反应位点； （ 2 ） 通过冻 - 融诱导策略 形成物理和化学交联骨架。

图 2 化学交联网络的构建 ： 碱性环境下， AC的氨基与EC的环氧基开环反应，形成稳定共价键。

图 3 物理交联网络的构建：冻 -融过程中，纤维素链参与晶体成核生长，构建纳米级物理缠结网络。

图 4 胶黏剂的力学性能测试： 松木、杉木、桉木、榉木、竹材等均表现出优异的黏合性能和耐水性。

图 5 胶黏剂 的成本能耗测算。 （ 1 ）室温固化，无需热压， 24 小时自然固化，能耗近乎为零。（ 2 ） 环保经济：主要原料为生物质组分 。

相关研究成果近期以 “Room-Temperature Curing of Cellulose Adhesive via Freeze−ThawInduced In Situ Cross-Linking for Bonding Wood or Bamboo” 为题发表在国际期刊《 ACS Sustainable Chemistry & Engineering 》上。该研究得到了国家重点研发计划课题任务、国家自然科学基金面上项目、云南省院士工作站、云南省基础研究计划重点项目、云南省中青年学术和技术带头人后备人才项目以及云南省高层次人才培养支持计划青年拔尖人才项目等经费支持。

原文链接 :

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.4c10667