作为全球应用最广泛的结构材料之一，胶合板在建筑、家具、交通运输和包装等领域具有关键作用，其可靠性取决于胶合界面的长期稳定性。传统使用的脲醛树脂、酚醛树脂和环氧树脂等石化基胶粘剂虽具高强度和良好加工性，却面临甲醛释放、微塑料污染等环境风险，“双碳”战略也使行业对绿色替代材料的需求愈加迫切。以木质素为代表的可再生资源为生物基胶粘剂的发展提供了新契机，但其工业化推广的最大障碍在于湿热循环、温度波动等复杂环境下界面易失稳。如何在高粘接强度、环境耐久性与可持续性之间实现真正的平衡，已成为当前绿色结构胶粘剂领域亟待攻克的关键难题。

  近日，王双飞团队受天然木材细胞壁层级结构启发，提出了“醚键锚固木质素”的新型界面设计策略。研究通过精准调控木质素、纤维素与三羟甲基丙烷三缩水甘油醚（TMPTE）间的醚化反应，将木质素分子共价锚定于纤维表面，构筑类细胞壁的稳健三维交联网络。其性能优势源于三重协同机制：（i）木质素的疏水性、粘附性与化学可调性赋予界面基础稳定；（ii）深共熔溶剂（DES）激活木质素结构，释放更多反应位点；（iii）TMPTE凭借高反应性和多环氧基实现致密交联。经D-木质素与TMPTE（DLT）的协同固化，该体系形成强韧的共价粘结网络，显著增强界面结合力与耐久性。相较传统生物基与醛类胶粘剂，该仿生体系展示出突出综合性能：干/湿强度分别达12.57 ± 1.25 MPa和3.06 ± 0.38 MPa，并在沸煮、冷冻、高温及酸碱/有机溶剂等极端条件下仍保持结构稳固。该体系完全无醛、具生物相容性和低碳特征，为复杂环境服役的下一代绿色结构胶粘剂提供了一条稳健、可持续且可规模化的新途径。

  2025年12月12日，该成果以题为“Strong and Weather-Resistant Wood Bonding Enabled by Cell Wall–Inspired Ether-Anchored Lignin”发表在自然指数期刊《Advanced Functional Materials》上，2023级硕士生唐方圆为第一作者，李许生副教授为通讯作者，邱剑升、吴训潇、刘永斐、胡清娣、蔡辰辰、张嘉奥、管兵兵、王志鑫参与研究。

图文导读

1、DLT胶粘剂的仿生策略与结构设计

  天然木材细胞壁中的木质素–碳水化合物复合体（LCC）通过醚键或酯键将木质素与多糖紧密连接，形成兼具界面粘结、疏水屏蔽与能量耗散的三维稳固网络，使木材在湿热波动中仍保持卓越耐久性。受此层级结构启发，研究团队提出“醚键锚固木质素”策略。该策略利用 TMPTE 与木质素和纤维素羟基发生醚化反应，将天然疏水、具黏附性的木质素牢固共价固定于纤维表面，构筑集强界面黏附、疏水防护与能量耗散于一体的复合界面。同时，通过深共熔溶剂（DES）预处理激活木质素反应位点，进一步增强界面强度与耐湿性能。

图1. 胶粘剂的设计理念与成效

2、DLT胶粘剂的制备流程与物化表征

  通过“活化-锚固”两步法，实现了木质素向高性能胶粘剂的转化。首先，深共熔溶剂切断木质素中的醚键，释放更多酚羟基，显著提升其反应活性。随后，引入高反应性的 TMPTE，使其在碱性条件下打开环氧基，与木质素和纤维素形成稳定的醚键交联。光谱和热分析证实，这一过程构建了致密稳固的共价网络，并增强了材料的热稳定性。最终，木质素被牢固“锚定”在纤维素微纤丝上，形成类似天然细胞壁的层级结构，大幅提升胶粘剂的内聚力与界面结合力。

图2.胶粘剂的制备与表征

3、DLT的性能调控与强度对比

  研究团队发布的新型DLT 胶粘剂在强度与耐久性上与常见的生物基胶和石化树脂相比均展现出明显优势。其高性能源于活化木质素与 TMPTE 的协同固化机制，使胶层在干态与湿态均表现出显著的结构稳定性，在沸水浸泡后依旧保持完好。研究确定了最佳配方与工艺：1:1 配比、适中施胶量与合理热压条件，可显著增强界面固化质量。显微观察显示，DLT 能深入渗透木材并显著提升基材刚度，且在多轮湿/干循环中仍保持牢固结合，展现出优异的界面稳定性与工业化应用前景。

图3. 胶粘剂的力学性能分析

4、DLT胶粘剂的增强机制与界面分析

  DLT 生物胶的显微分析显示，其在热压过程中深入渗透木材细胞壁，促使细胞壁融合并形成“机械锁扣”式互嵌，同时通过醚化反应在木质素与多糖间构建稳固的化学锚固网络，使胶合界面几乎与木材本体无异。断口观察证实，DLT 实现均匀应力传递与高能量耗散，破坏时呈准脆性断裂并伴随大量纤维拔出，界面强度远超未处理体系。研究表明，其卓越性能源于深度渗透、界面致密化与化学键合的协同作用，经优化的活化和热压条件赋予其在严苛湿热环境下仍保持优异黏结耐久性的能力。

图4. 胶合界面分析

5、DLT胶粘剂的宽适用性与拓展潜力

  DLT 生物胶在可靠性与可持续性方面表现突出：其搭接的木板可承载 70 kg 成人，并在 ?196 ℃ 至 150 ℃ 的极端温度下保持 7–10 MPa 的高强度，远超行业标准（0.7 MPa）。样品在水、乙醇、DMSO、海水及强酸强碱中浸泡 7 天后保持结构完好，适用于高湿与腐蚀环境；废弃板材在户外土壤中 15–30 天即可出现丰富真菌菌丝，显示良好生物降解性。DLT其碳足迹仅 0.158 t CO? eq/t，显著优于 UF、PF、EP。凭借高性能、强耐候、低成本与低排放等优势，DLT 有望成为结构木制品领域具竞争力的石化替代方案。

图5. 胶粘剂的适应性与拓展潜力分析

结论：

  总之，这项工作提出了一种受细胞壁启发的策略，能够通过共价键将木质素锚定在纤维素上，从而构建出坚固的生物基粘合剂网络。所得的DLT 粘合剂表现出卓越的粘结强度、出色的耐候性和广泛的环境适应性，超越了大多数已报道的生物基和石油基粘合剂。其低碳足迹、可生物降解性和可扩展性凸显了一条通往可持续结构粘合剂材料的有前景的道路。

  原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202527965