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西南林大杜官本院士、杨龙研究员团队 Compos. Part B:纤维素基超强木材胶黏剂和“三明治”型化学胶合界面复合材料的构建
2024-01-20  来源:高分子科技


  胶黏剂在生产和生活中扮演着极其重要的角色。由于胶黏剂和基材的种类多样,胶接强度的形成往往是由多种界面作用力(化学、物理相互作用等)协同贡献导致的。在木材胶合技术领域,机械胶接作用力被认为是主要因素,木材基材与胶黏剂界面之间的化学键合作用力被较少关注。然而在基材与胶黏剂二者界面之间定向设计并构建能交联键合的化学胶合界面体系,是研究制备超强胶合界面材料的有效途径之一。


超强交联、化学键合、三明治型木材胶合界面示意图


  近日,西南林业大学杜官本院士/杨龙研究员团队通过在天然木材表面(NWS)定向修饰-NH2官能团,从而得到官能化木材表面(AFWS)。通过将胺官能化纤维素(AC)与设计合成的支化结构环氧化合物交联反应,制备了纤维素基木材胶黏剂。在热压条件下,活化木材表面上的-NH2基团与胶黏剂中的环氧基团进一步交联反应,构建了氨基-环氧-氨基三明治木材胶合界面(WBI),构筑了超强木质三层胶合板。制备的胶合板试件在干燥条件下、热水浸泡3小时和沸水浸泡三小时后的胶合强度分别高达4.04 MPa2.42 MPa1.64 MPa。与天然木材制备的非活化胶合试件相比,化学活性胶合试件的性能得到了明显提升,研究结果表明在胶黏剂与基材之间形成化学胶合界面可显著增强胶合界面之间的相互作用,对提高胶合产品的胶合强度和耐水性能起到重要作用。此外,研究团队还对纤维素基胶黏剂与活化木材交联后的胶合界面进行了深入探究,探讨了胶黏剂内聚力以及胶黏剂与基材之间的相互作用力对胶合性能的贡献。这一研究为设计高性能胶黏剂和高耐水胶合产品提供了新的思路和策略方法。 


2 (a)构建AFWS的示意图; (b)NWS、AFWS和WBI的ATR-FTIR光谱; (c-e)NWS的SEM图像; (f-h)AFWS的SEM图像。 


3 (a)胶合试件示意图及尺寸;(b)胶合界面的破坏模式;(c) 胶黏剂分别在AFWS和NWS上的DMA;(d)不同热压条件下的胶合强度;(e)不同支化度的环氧化物与AC制备的胶黏剂的胶合强度;(f)不同配比胶黏剂的胶合强度;(g)胶黏剂中任一单组分与最佳配比胶黏剂胶合强度的对比;(h)分别使用NWS和AFWS制备胶合试件的胶合强度对比;(i)与其它生物质胶黏剂胶合性能的比较。


  相关研究成果近期以“Cellulose-based ultrastrong wood adhesive and composites constructed through “sandwich” profile bonding interface”为题发表在国际期刊Composites Part B: Engineering上。西南林业大学材料与化学工程学院研究生刘同达为第一作者,杜官本院士、杨龙研究员和英国布鲁内尔大学Mizi Fan教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、云南省院士工作站、云南省基础研究计划重点项目、云南省中青年学术和技术带头人后备人才项目以及云南省高层次人才培养支持计划青年拔尖人才项目等经费支持。


  原文链接https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.111169


通讯作者简介


  杜官本,中国工程院院士,西南林业大学教授,博士生导师,新世纪百千万人才工程国家级人选,国家有突出贡献中青年专家,云南省科技领军人才,致力于林业产业、木竹材加工产业、木竹材胶合与人造板工业领域的基础理论及技术创新研究。先后主持国家科技支撑计划课题、国家重点研发计划课题任务、国家自然科学基金重点项目等20余项,发表学术论文500余篇,其中SCI收录论文300余篇,授权国家发明专利60余件,出版学术专著9本。以第一完成人获国家科技进步二等奖、何梁何利科学与技术创新奖、全国创新争先奖、云南省科学技术杰出贡献奖、教育部科技进步一等奖、梁希林业科学技术一等奖、云南省自然科学一等奖、云南省科技进步一等奖等国家级及省部级奖励20余项。兼任国际木材科学院Fellow和执行理事、教育部高等学校林业工程学科教学指导委员会副主任委员、中国林学会常务理事等。


  杨龙,西南林业大学材料与化学工程学院木材科学与工程系研究员,博士生导师,主要从事超支化共缩聚树脂木材胶黏剂、生物质胶黏剂仿生交联制备、木竹材表面活化处理与胶合界面重构、木竹质复合材料等研究。主持国家重点研发计划课题任务、国家自然科学基金面上/地区项目、云南省基础研究计划优青/重点项目、云南省农业联合专项重点项目等省部级及以上项目10余项;在Chem. Eng. J., Compos. Part B Eng., ACS Appl. Mater. Interfaces, ACS Sustainable Chem. Eng.等学术期刊上发表SCI收录论文100余篇(第一/通讯作者70余篇,中科院一区top期刊论文55篇),申请国家发明专利18项(授权12项);曾先后入选全国博士后创新人才支持计划、云南省高层次人才培养支持计划青年拔尖人才、云南省中青年学术和技术带头人后备人才等,获云南省自然科学二等奖1项;兼任中国林学会木材科学分会委员会委员、中国林产工业协会智能制造产业分会常务理事、《林业工程学报》和《轻工学报》期刊青年编委。

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(责任编辑:xu)
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