胶黏剂是建筑、家具和人造板工业中不可或缺的关键材料，但当前主流产品仍高度依赖石油基的酚醛树脂和脲醛树脂。这类材料不仅不可再生，还伴随着甲醛释放、环境负担和回收难题。作为自然界中最丰富的芳香族高分子，木质素因其与苯酚相似的化学结构，被长期视为替代石油基酚类树脂的理想候选。然而，现实远比设想复杂。 工业木质素在提取过程中往往发生严重缩合反应，导致分子量高、反应位点少、活性低，必须依赖苛刻的化学改性才能用于胶黏剂制备。这不仅增加成本，也使制备流程复杂、性能稳定性差，严重制约了木质素胶黏剂的规模化应用。 如何在不引入复杂改性步骤的前提下，直接获得性能可控、颜色浅、耐水耐候的木质素胶黏剂，成为这一领域长期未解的核心难题。
近日， 福建农林大学 帅李 教授 、 杨光绪 教授 联合 同济大学 雷振东 教授 发表了一套系统化方法 ， 提出了一条“从生物质直接制备高性能木质素胶黏剂”的 完整技术 路线。该方法以“木质素质量筛选”为核心，通过精准控制提取条件，获得缩合度≤60%的高质量木质素，并无需任何化学改性 或预聚反应 ，即可直接作为木材胶黏剂使用。 更重要的是，团队首次给出了快速、定量评估木质素缩合度的标准化方法，将“好木质素”从经验判断转变为可量化筛选。 整套流程从生物质到胶黏剂制备仅需约8小时 ，为木质素胶黏剂的工业转化提供了可复制、可推广的技术范式 。相关成果以“ Screening high-quality lignins extracted from biomass to prepare biobased wood adhesives ”为题发表在 《 N ature P rotocols 》 上， 龚正刚 为第一作者。
研究首先从传统胶黏剂体系的反应机理入手。图1a 展示了经典酚醛树脂的合成过程，在碱性条件下，苯酚分子上的活性位点可以顺利与甲醛发生缩聚反应，形成高度交联的网络结构。相比之下，图1b 所示的木质素-酚醛树脂体系则面临明显障碍：木质素芳香环上的邻位和对位往往已被甲氧基或缩合形成的碳–碳键占据，真正能够参与反应的位点极为有限，这直接导致胶黏剂反应不完全、颜色发黑、交联密度低。基于这一现实问题，研究在图1c 中提出了一个关键转变：与其在后端“修补”木质素的反应活性，不如在前端尽量保留其天然结构。也就是说，只要在提取阶段避免过度缩合，木质素本身就具备在热压条件下自交联的潜力 。
图1：传统酚醛树脂、木质素-酚醛树脂与直接木质素胶黏剂制备思路对比
顺着这一思路，图2 系统展示了从生物质到木质素胶黏剂的整体流程。不同预处理方式（如缩醛保护、缩酮保护 或深共熔 溶剂处理）会得到含木质素的预处理液，随后通过向水中缓慢滴加，使木质素沉淀析出。研究特别强调， 水在这里并非简单的洗涤介质，而是决定木质素形貌与质量的关键因素。
图2：从生物质到木质素胶黏剂的整体流程示意
这一点在图5 和图6 中得到了直观体现。 当水与预处理液体积比仅为 1:1 时，木质素会迅速聚集成大块沉淀，结构不均匀； 随着比例 提高至 2:1、5:1 甚至 10:1，木质素逐渐转变为分散均匀、可流动的湿态浆料（图5），其分离收率也同步提升（图6） 。这些看似“工艺细节”的变化，实际上直接影响后续胶黏剂的流动性和涂布均匀性。接下来，研究的逻辑重点转向 “如何判断木质素质量”。图3 展示 了硫解反应 释放出的木质素单体特征信号，这是定量分析木质素缩合程度的基础。基于这些数据，研究在图8 中给出了清晰的质量评估流程：通过比较原始生物质与提取后木质素的单体产率，计算得到木质素缩合度，并据此区分“高质量”和“低质量”木质素。图4 系统比较了不同提取条件下木质素的产率、缩合度以及对应的胶黏性能。结果显示，温度、酸用量和反应时间稍有不当，就会显著提高木质素缩合度，进而导致胶黏性能快速下降。这一结果也解释了为何传统工业木质素即使经过多次改性，仍难以稳定作为胶黏剂使用。
图3：硫解反应释放的木质素单体结构与表征
图4：提取条件对木质素缩合度与胶黏性能的影响
图5：不同水/预处理液比例下木质素沉淀形貌
图6：水比例 对木质素分离收率的影响
在此基础上，图7 将“水比例—木质素形貌—胶黏性能”三者之间的关系完整串联起来： 水比例 不足导致木质素分散不均，涂胶不连续，最终表现为湿强度和干强度双双偏低；只有在合适 水比例 下制备的木质素胶黏剂，才能稳定满足标准要求。 随后，研究在图9 中进一步优化了胶黏剂配方， 发现当木质素固含量控制在 20–33% 时，可以在流动性和粘结性 能之间 取得最佳平衡。固含量过高会导致涂胶不均，过低则会削弱粘结强度 。
图7：水比例对胶黏剂干强度和湿强度的影响
图8：基于缩合度的高质量木质素筛选流程
图9：木质素胶黏剂固含量 优化区间
图10 则将整套方法推向实际应用层面，展示了木质素胶黏剂在三层胶合板中的制备流程。从涂胶、组坯到热压固化，整个工艺与现有工业生产线高度兼容，几乎无需额外设备改造。随后在图11 和图12 中，研究通过核磁共振和结构表征手段，进一步确认在优化条件下制备的木质素保持了较低缩合度和良好结构完整性。
图10：木质素胶黏剂在胶合板中的应用流程
图11：高质量木质素的结构特征表征
图12：提取参数调控对木质素结构的影响
最终，图13 给出了全文最具概括性的结果： 木质素缩合度与胶黏强度之间呈现清晰的负相关关系。当缩合度≤60% 时，胶黏剂的干强度和湿强度均稳定超过国家标准；一旦超过这一阈值，性能迅速衰减。 这一图像化结果也为全文逻辑画上了句号。
图13：木质素缩合度与胶黏强度的定量关系
小结
这项研究的核心突破，并不在于提出了一种“全新的胶黏剂配方”，而在于完成了一次方法论层面的转向：木质素胶黏剂的关键不在于改性有多复杂，而在于原料本身是否“足够好”。 通过建立清晰的缩合度评价体系，并给出完整、可复现的制备流程，该研究为木质素胶黏剂的规模化应用扫清了 最 关键的不确定性。未来，随着更绿色的溶剂体系、替代保护剂以及连续化分离工艺的发展，这一方法有望进一步降低成本，推动木质素从“低值副产物”真正转变为高附加值的生物基功能材料 。
热门跟贴