高性能混合树脂胶粘剂：芳香族聚脲与二醛纤维素在木材粘接中的集成研究

一、研究团队与发表信息
本研究由西南林业大学的Guanben Du、Xin Ran、Long Yang等团队主导，合作者包括Zhi Li、Min Gu、Jiayu Wang等多名研究者。研究成果于2023年8月3日发表在*ACS Sustainable Chemistry & Engineering*期刊，标题为《Integration of Aromatic Polyurea and Dialdehyde Cellulose as High-Performance Hybrid Resin Adhesives for Bonding Wood》。

二、学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于生物质基材料与可持续化学工程交叉领域，聚焦于开发环保型木材胶粘剂。
研究动机：传统石油基胶粘剂（如脲醛树脂）存在甲醛释放、不可再生等问题，而纤维素基胶粘剂虽环保但面临机械强度低、耐水性差的挑战。
目标：通过希夫碱（Schiff base）交联策略，结合二醛纤维素（DAC）与芳香族聚脲（PH-U），构建高性能、无甲醛的木材胶粘剂。

三、研究流程与实验方法
1. 材料合成
- DAC制备：微晶纤维素（MCC）经高碘酸钠（NaIO₄）选择性氧化，生成二醛基团（氧化度0.53），收率78.2%。
- PH-U合成：以1,4-二氨基苯和丙烯酸甲酯为原料，通过迈克尔加成和缩聚反应生成超支化聚脲，最终产物为50 wt%水溶液。
- DAC-PH-U胶粘剂制备：DAC与PH-U以1:1质量比在常温下反应2小时，形成交联网络。

2. 胶合板制备与性能测试
- 样品制备：杨木单板涂覆DAC-PH-U胶粘剂（160 g/m²），在160°C、1.0 MPa压力下热压6分钟。
- 粘接强度测试：依据中国国家标准GB/T 17657-2013，测试干强度、63°C水浸后强度及沸水浸后强度，每组至少10个重复样本。
- 表征技术：
- FTIR与NMR：确认C=N希夫碱键的形成（特征峰1612 cm⁻¹和164.00 ppm）。
- XPS：验证交联结构中C=N键的存在（结合能287.20 eV）。
- SEM：显示DAC-PH-U形成致密网络结构，无孔洞裂纹。
- 热分析（DSC/TGA）：DAC-PH-U的固化温度降至108°C，热稳定性显著提升（T₅₀% = 347°C）。

3. 性能优化
通过调节固含量（15-25%）、DAC/PH-U比例（30-70%）、热压时间（2-10分钟）和温度（120-180°C），确定最佳工艺参数。

四、主要结果与逻辑链条
1. 机械与粘接性能：
- 最佳条件下，干强度达2.91 MPa，63°C水浸后强度1.96 MPa，沸水浸后强度1.75 MPa，远超工业标准（≥0.7 MPa）。
- 机理：共价键（C=N）与非共价键（氢键、π-π堆积）协同作用增强内聚能。

1. 耐水性提升：

   • 残胶率从PH-U的47.51%提升至DAC-PH-U的89.73%，吸湿值降低62.8%。
     
   • 机理：交联网络作为疏水屏障阻止水分渗透。
     

2. 经济性分析：

   • DAC-PH-U成本为2872元/吨，低于酚醛树脂（4200元/吨）和异氰酸酯胶粘剂（6900元/吨）。
     

五、研究结论与价值
1. 科学价值：
- 首次通过希夫碱交联将DAC与PH-U结合，解决了纤维素胶粘剂脆性和耐水性差的难题。
2. 应用价值：
- 为替代甲醛基胶粘剂提供了可行方案，符合绿色可持续发展理念。

六、研究亮点
1. 创新方法：
- 无催化剂、常温反应的“一锅法”合成工艺。
2. 性能突破：
- 综合性能优于传统石油基树脂，且固化温度低（108°C），节能潜力显著。
3. 多学科交叉：
- 结合高分子化学、材料科学与木材工程，推动生物质基胶粘剂工业化。

七、其他价值
- 扩展应用：该胶粘剂技术可推广至生物复合材料、涂料、水凝胶等领域。
- 数据公开：支持信息包含核磁谱图、成本计算等，可供同行验证与二次开发。

（报告总字数：约1500字）