南京大学祝名伟教授团队 Nano Lett.：开发了一种轻质、高强、环境友好的木质颗粒板

2025-01-06 来源：高分子科技

木质颗粒板是目前建筑和家居产品中广泛使用的木质材料，但由于胶粘剂的使用常常引发健康和环境方面的担忧。目前基于生物质材料或其衍生物的新型木质颗粒板具有环境友好的特性，是可持续发展的必然选择。但其木质颗粒间的连接策略主要适用于小尺寸的木粉，导致形成的颗粒板的密度较大（通常高于水的密度），大大削弱了天然木材重要的轻质特性。以大尺寸的木质颗粒堆叠起来可以实现材料的轻质（低密度），然而，由于不规则木屑大颗粒之间的接触面积较小，通常采用胶实现其间牢固的连接。如何不通过胶把这些大颗粒连结起来，获得轻质、高强、环境友好的木质颗粒板，是当前该领域的挑战之一。

近期，南京大学现代工程与应用科学院祝名伟教授团队基于木材的人工微结构调控，实现了木屑大颗粒之间强的相互作用，成功研发了一种轻质、高强、环境友好的木质颗粒板（图1）。几毫米尺度的植物大纤维在这一过程中发挥了关键桥梁作用。植物大纤维之间、纤维与木屑颗粒之间的界面相互作用的设计与调控，使得木屑大颗粒能够跨越几毫米的空间距离实现相互间的高强度连接。植物大纤维表面的纳米纤维与木质大颗粒表面的纳米纤维首先产生类似壁虎脚原理的相互作用，进而通过溶解纤维素的再结晶过程极大提高其连接的强度。基于此形成的一系列轻质高强颗粒板，密度可低至 0.53 g cm^-3 (61.7MPa)，抗弯强度可高达 114.2 MPa (0.78 g cm^-3)。

该研究将为新型环境友好的轻质高强木质板材的研究和工程应用提供新的思路和材料。论文以“Adhesive-Free, Light, and Strong Particle Board”为题发表在《Nano Letters》。该研究得到了国家自然科学基金（91963211、51872136 、92363001）和江苏省重点研发计划（BE2021019）的资助。

图1无胶、轻质、高强度的颗粒板的制备思想

该工作是团队近期天然纤维原料人工微结构调控相关研究的最新进展之一。在过去的三年中，团队制备了一系列基于天然纤维分子尺度调控组装人工微结构的材料（Advanced Engineering Materials. 2024, 26, (12)），并系统探索了天然纤维纳米尺度下的组装行为（Advanced Optical Materials 2023, 11, (10)；ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14, (20), 23797-23807；Advanced Sustainable Systems 2022, 6, (8)）。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05652

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（责任编辑：xu）

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