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作者及发表信息
本研究由Qianyu Zhang（西南林业大学材料科学与工程学院）、Hong Lei*（浙江农林大学化学与材料工程学院）、Guanben Du（西南林业大学）、Antonio Pizzi（法国洛林大学）、Jiaxuan Song等共同完成，发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering期刊2024年第12卷（7903-7912页）。*为通讯作者。
学术背景
研究领域：本研究属于生物基环保木材胶黏剂开发领域，聚焦于利用葡萄糖（glucose）替代传统甲醛基树脂（如脲醛树脂UF），解决木材工业中甲醛释放问题。
研究动机：传统UF树脂成本低但释放甲醛，危害健康与环境。尽管已开发大豆蛋白、单宁等生物基胶黏剂，但存在分子量大、反应位点少、耐水性差等缺陷。葡萄糖作为天然单糖，具有高活性的羟基和醛基，是理想候选原料。
研究目标：开发一种无需甲醛、制备简易、高耐水性的葡萄糖基木材胶黏剂（OGHU树脂），通过氧化葡萄糖生成生物醛（bioaldehydes）与聚脲（polyurea, HU）反应形成交联网络。
实验流程与分析方法
1. 材料合成
- HU聚脲的合成：
将己二胺（HMD）与尿素（U）在120°C下反应6小时，生成白色固体HU，研磨成粉备用。
- OGHU树脂的制备：
- 葡萄糖氧化（OG）：将葡萄糖与高碘酸钠（NaIO₄）在室温下氧化20分钟，生成醛基化葡萄糖（OG）。
- OG/HU复合：按不同质量比（10%-30%）将HU粉末与OG混合，得到OGHU树脂（如OGHU-20%）。
2. 结构表征
- 傅里叶红外光谱（FTIR）：确认OG的醛基（1714 cm⁻¹）和HU的氨基（3345 cm⁻¹）反应后形成C=N（希夫碱结构）。
- X射线光电子能谱（XPS）：分析OG中醛基含量（18.54%）及OGHU树脂中C=N键占比（84.29%），证明交联反应成功。
- 液相色谱-质谱联用（LC-MS）：鉴定氧化产物为小分子二醛（如143 Da、203 Da），以及通过羟醛缩合形成的更大分子（383 Da）。
3. 性能测试
- 胶合强度：
制备三层杨木胶合板，测试干态强度（1.48 MPa）、24小时冷水浸泡（1.16 MPa）、63°C热水（1.26 MPa）及沸水（1.12 MPa）浸泡后的强度，均超过国标GB/T 9846-2015（≥0.7 MPa）。
- 热性能分析：
- 动态热机械分析（DMA）：OGHU-20%的储能模量最高（3465 MPa），表明交联密度高。
- 差示扫描量热（DSC）：固化峰面积最大，反应充分。
- 热重分析（TGA）：200-530°C为主分解阶段，残碳率43.13%，显示良好热稳定性。
主要结果
- 结构验证：FTIR和XPS证实OG与HU通过希夫碱反应（Schiff base reaction）形成交联网络，LC-MS显示氧化葡萄糖生成的多醛结构是增强性能的关键。
- 最优配比：OGHU-20%树脂的综合性能最佳，因HU比例过高（如30%）会导致未反应残留，降低耐水性。
- 氧化剂影响：NaIO₄添加量11%时醛基含量最高（177.85%），过量氧化会转化醛基为羧基，需高温固化（实际工艺中未完全反应）。
- 耐碱缺陷：OGHU树脂在碱性溶液中易降解（浸泡9小时溶解），但在酸性条件下稳定。
结论与价值
科学价值：
- 首次提出以氧化葡萄糖与聚脲构建无甲醛胶黏剂体系，为生物基胶黏剂设计提供新思路。
- 通过低温氧化和室温反应简化工艺，与传统高温高压合成法相比更节能。
应用价值：
- OGHU树脂的胶合强度与耐水性均优于现行UF树脂，可替代工业尿素甲醛胶黏剂，减少甲醛污染。
- 原料葡萄糖来源广泛、成本低廉，适合规模化生产。
研究亮点
- 创新反应机制：利用高碘酸钠室温氧化葡萄糖生成活性醛基，避免传统高温降解工艺。
- 环保性：全程无甲醛释放，符合绿色化学原则。
- 性能突破：沸水浸泡后强度1.12 MPa，远超同类生物基胶黏剂（通常＜0.8 MPa）。
其他发现
- 醛基定量方法：通过盐酸羟胺滴定法测定氧化葡萄糖的醛基含量，为类似研究提供参考。
- 工业化潜力：粘度为170 MPa·s，固体含量52%，适合现有木材加工设备直接应用。
（全文共计约1500字，基于原文内容提炼）