北京林业大学， Nature Sustain.！

摘要：胶黏剂（Adhesives）在工业和日常生活中无处不在，但是传统的化石衍生胶黏剂在制造和使用过程中会带来巨大的健康和环境风险。因此，从可再生原料中开发无毒高性能胶黏剂是非常需要的，但在技术上仍然具有挑战性。

成果简介

胶黏剂（Adhesives）在工业和日常生活中无处不在，但是传统的化石衍生胶黏剂在制造和使用过程中会带来巨大的健康和环境风险。因此，从可再生原料中开发无毒高性能胶黏剂是非常需要的，但在技术上仍然具有挑战性。

基于此，北京林业大学彭锋教授和饶俊讲师（共同通讯作者）等人报道了首次采用连续氧化还原工艺，制备种基于木聚糖（制浆工业的副产物）的新型热熔胶（HMAs）。通过调节外环羟基的含量，在玻璃化转变温度（Tg）低至-13.2 ℃的条件下，成功制备了具有较好柔韧性和粘附性的木聚糖HMAs（XAs）。

在105℃条件下，5 min内即可实现粘接，木材基材之间的最大粘接强度达到30 MPa左右。这种性能超过了目前所有报道的生物基和生物资源衍生胶黏剂，甚至超过了目前最强的合成胶黏剂——传统环氧树脂。此外，经过10次重复使用后，XAs仍能保持100%以上的原始粘附强度。它在低温下也表现出优异的性能，在-25 °C时的粘附强度为14 MPa，创下了新的记录。本工作有望为生物基胶黏剂的设计提供新的见解，该胶黏剂将卓越的粘合性能与优异的多重可重复使用性相结合。

相关工作以《Bio-based hot-melt adhesive from xylan》为题发表在2025年6月4日的《Nature Sustainability》上。

彭锋，北京林业大学材料科学与技术学院院长、教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，国家高层次人才计划入选者，全国林草科技创新领军人才。主要从事农林生物质多糖高值化利用和药用植物资源开发利用研究。近年来在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文100余篇，单篇最高他引500余次。

成果简介

在高酸钠选择性氧化过程中，木聚糖的2, 3-羟基被转化为一对醛基团，并伴随着在无羟基单位中的C2-C3键的断裂，形成双醛木聚糖（DAX）。随后，利用硼氢化钠还原将醛基转化为外环羟基，生成二醇木聚糖（RDAX），也称为XAs，该过程破坏了刚性糖环结构，将其转化为柔性分子链。通过改变外环羟基的含量（4.57到8.55 mmol g-1），成功制备了不同性质的XAs。由于木聚糖在氧化过程中被降解，XA的产率超过50%，在52.93~65.37%之间。值得注意的是，在还原过程中，产物的分子量保持相对不变，表明没有发生明显的降解。木聚糖胶黏剂可以从热熔枪挤出，并具有良好的流动性，这种行为归因于它们的低玻璃化转变温度（Tg）。

图1.木聚糖胶黏剂的制备及表征

通过改变外环羟基的含量，RDAX的抗剪强度可以从10.13±0.69 MPa调整到30.06±1.14 MPa。特别是RDAX-2的抗剪强度超过了黑胡桃的强度，在试验过程中结构被破坏。RDAX-2具有较好的粘接能力，性能优于淀粉（3.96±0.23 MPa）、醋酸乙烯（EVA, 5.71±0.50 MPa）、α-氰基丙烯酸酯胶（502, 12.32±0.80 MPa）、乳胶（16.25±0.94 MPa）、聚氨酯胶（20.85±0.88 MPa）和环氧AB胶（24.07±0.84 MPa）。更重要的是，RDAX可以在105 °C上浆后5-10 min内固化，而大多数商业胶黏剂需要几个小时甚至几天。这种快速固化的能力使得木聚糖胶黏剂潜在地适用于快速粘合领域的应用。

对比商用502（4.45 MPa）和EVA（5.88 MPa）胶黏剂，RDAX-2具有良好的拉伸性能，达到7.63 MPa。目前，大多数商用强胶黏剂不能回收或重复使用。RDAX-1.5在多种应用中表现出优异的可重复使用性，即使在重复使用10次循环后，其原始粘附强度仍保持在100%以上。结果表明，样品可以通过简单的加热回收，这是大多数商业胶水无法实现的过程。此外，RDAX-1.5在-25 °C的低温环境中保持72 h，其初始强度保持在75%左右，即使在室温下放置30天后，其结合强度仍保持在95%左右。RDAX在室温下的最大粘附强度为31.27 MPa，这是目前报道的由大豆蛋白、starch、几丁质、纤维素、木聚糖、木质素和多酚制备的生物基胶黏剂中最高的粘附强度。

图2.木聚糖胶黏剂的粘接性能

通过热压生产三层胶合板（黑胡桃木），并对多层胶合板的重要力学参数——弹性模量（MOE）和断裂模量（MOR）进行研究。在105 ℃下作用5 min，涂胶量为100 g m-2时，MOE和MOR分别为10、370±264 MPa和71±13 MPa。与酚醛树脂胶黏剂相比，木聚糖胶黏剂具有相当的MOE，表明木聚糖胶黏剂未来实际应用的可行性。

图3.木聚糖胶黏剂制备三层胶合板的力学性能

RDAX-1.5胶合板胶合区的SEM图像显示，木聚糖胶黏剂形成连续的粘接层（致密膜），并穿透木容器孔隙，形成机械联锁，提高了粘接强度。荧光显微镜显示，在键合界面处显示出强烈的荧光发射。傅里叶变换红外（FTIR）成像显示，木聚糖胶黏剂在1454 cm-1处的特征峰，是在1100×700 μm2面积上采集到的粘结界面图像，清晰显示了层与层之间的界线。在光谱中，胶黏剂样品（木界面胶粘剂）的化学特征峰表明木材表面与木聚糖胶黏剂之间存在很强的氢键作用。