木质素作为地球上储量最丰富的天然芳香族化合物，具有丰富的酚羟基结构，是替代石化基酚类原料的重要候选材料。羟甲基糠醛（HMF）来源于生物质平台分子，能够替代传统甲醛参与树脂构建，为开发生物基胶黏剂提供了新的可能。然而，木质素呋喃类树脂体系普遍存在木质素反应活性低、材料脆性大以及耐久性不足等问题，限制了其在高性能胶黏剂领域的应用。

图1 LHWPU胶黏剂的合成

  近日，华南理工大学刘伟峰和广东工业大学邱学青团队通过协同利用羟甲基糠醛与高酚羟基木质素，构建了一种新型生物基水性胶黏剂体系（LHWPU）。该胶黏剂表现出优异的胶黏性能，在榉木板、铁板、铜板、铝板及陶瓷等多种基材上的搭接剪切强度分别高达17.9 MPa、13.4 MPa、12.0 MPa、7.6 MPa 和 7.0 MPa，显著优于多数已报道的生物基胶黏剂体系，展现出优异的通用粘接能力。其优异的粘接性能可归因于以下机制：1. 较低的体系黏度保证了良好的初始润湿性能，使胶黏剂能够在基材表面充分铺展并促进界面吸附与分子扩散；2. 胶黏剂在木材等多孔基材中的渗透效应形成稳定的机械互锁结构，从而增强界面结合强度；3. 热压固化过程中形成的交联网络显著提高了胶层本体强度与界面稳定性；4. 胶黏剂中的羟基、酯基等极性官能团能够通过氢键、配位键等作用与木材、金属、陶瓷等基材表面形成强界面相互作用；5. 木质素诱导形成的纳米微相分离结构与氢键网络协同作用，提高了能量耗散能力和剪切韧性。多重作用机制的协同效应使LHWPU在不同基材上均表现出优异而稳定的胶黏性能。

图2 (a)LH-20和LH-50胶切面渗透情况光学显微镜图像、胶黏剂渗透在木材内部的(c)定位图片、(d-e)FTIR显微镜图像（记录氨基甲酸酯键的特征吸收峰在FTIR图像1742 cm^?1处）、(f)LHWPU胶黏剂在粘结过程中的作用机制

  得益于高酚羟基低分子量木质素、羟甲基糠醛与柔性异氰酸酯封端低聚物的协同应用，LHWPU体系构建了稳定而致密的交联网络结构，从而赋予材料优异的环境适应性和粘接稳定性。该胶黏剂在多种极端条件下仍能保持良好的粘接性能，包括低温-30 °C、高温140 °C、耐水（63 °C，4 h）、耐化学溶剂以及72 h紫外线辐照等环境条件。此外，多重相互作用构建的网络结构不仅提高了胶层稳定性和界面结合能力，还赋予材料良好的可重复使用与可回收利用特性，通过乙醇处理实现界面解离后再次粘接仍能保持较高的粘接强度。

图3 DAOH-HMF、Blank、LH-20、和LH-50的(a)耐低温、(b)耐高温(c)耐水煮、(d)耐溶剂(金属板)、(e)耐紫外老化性能，基材均为木板

  木质素和羟甲基糠醛作为来源广泛的生物质原料，可替代传统石化基酚类和醛类原料，从而有效降低胶黏剂体系对石化资源的依赖。本研究提出的高酚羟基木质素与羟甲基糠醛及柔性异氰酸酯封端低聚物协同构筑策略不仅实现了高性能生物基胶黏剂的构建，也改善了木质素呋喃类树脂脆性大的问题，为木质素在可持续高分子材料中的高值利用开辟了一条新的研究途径。相关成果以“Sustainable lignin-hydroxymethyl furfural-based waterborne polyurethane adhesive with high bonding strength and weather resistance”为题，发表在Green Chemistry上。论文第一作者为华南理工大学化学化工学院2023级硕士生麦颖桉，华南理工大学刘伟峰和博士后邱志鹏为论文共同通讯作者。成果得到国家自然科学基金项目（22222805，22478133，22038004，U23A6005）、广州市重点科技研发计划项目（2024B03J1380）、泰山工业专家计划（no. tscx202408149）。

  原文链接：https://doi.org/10.1039/D5GC06825H

  近年来，作者团队专注于木质素在高分子材料中的高值利用研究，不追热点，坚持把冷板凳坐穿，在木质素改性橡胶、塑料、聚氨酯、胶黏剂等通用高分子体系，利用木质素本身的天然结构和功能优势，实现了对不同高分子体系的增强增韧高性能化及功能化，为木质素这一大宗工业生物质资源在高分子材料领域的高值利用探索新理论和新方法，欢迎交流合作，推动应用转化。