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西南林大杜官本院士、楊龍研究員團隊 Compos. Part B:纖維素基超強木材膠黏劑和“三明治”型化學膠合界面復合材料的構(gòu)建
2024-01-20  來源:高分子科技


  膠黏劑在生產(chǎn)和生活中扮演著極其重要的角色。由于膠黏劑和基材的種類多樣,膠接強度的形成往往是由多種界面作用力(化學、物理相互作用等)協(xié)同貢獻導致的。在木材膠合技術(shù)領(lǐng)域,機械膠接作用力被認為是主要因素,木材基材與膠黏劑界面之間的化學鍵合作用力被較少關(guān)注。然而在基材與膠黏劑二者界面之間定向設(shè)計并構(gòu)建能交聯(lián)鍵合的化學膠合界面體系,是研究制備超強膠合界面材料的有效途徑之一。


超強交聯(lián)、化學鍵合、三明治型木材膠合界面示意圖。


  近日,西南林業(yè)大學杜官本院士/楊龍研究員團隊通過在天然木材表面(NWS)定向修飾-NH2官能團,從而得到官能化木材表面(AFWS)。通過將胺官能化纖維素(AC)與設(shè)計合成的支化結(jié)構(gòu)環(huán)氧化合物交聯(lián)反應,制備了纖維素基木材膠黏劑。在熱壓條件下,活化木材表面上的-NH2基團與膠黏劑中的環(huán)氧基團進一步交聯(lián)反應,構(gòu)建了氨基-環(huán)氧-氨基三明治木材膠合界面(WBI),構(gòu)筑了超強木質(zhì)三層膠合板。制備的膠合板試件在干燥條件下、熱水浸泡3小時和沸水浸泡三小時后的膠合強度分別高達4.04 MPa2.42 MPa1.64 MPa。與天然木材制備的非活化膠合試件相比,化學活性膠合試件的性能得到了明顯提升,研究結(jié)果表明在膠黏劑與基材之間形成化學膠合界面可顯著增強膠合界面之間的相互作用,對提高膠合產(chǎn)品的膠合強度和耐水性能起到重要作用。此外,研究團隊還對纖維素基膠黏劑與活化木材交聯(lián)后的膠合界面進行了深入探究,探討了膠黏劑內(nèi)聚力以及膠黏劑與基材之間的相互作用力對膠合性能的貢獻。這一研究為設(shè)計高性能膠黏劑和高耐水膠合產(chǎn)品提供了新的思路和策略方法。 


2 (a)構(gòu)建AFWS的示意圖; (b)NWS、AFWS和WBI的ATR-FTIR光譜; (c-e)NWS的SEM圖像; (f-h)AFWS的SEM圖像。 


3 (a)膠合試件示意圖及尺寸;(b)膠合界面的破壞模式;(c) 膠黏劑分別在AFWS和NWS上的DMA;(d)不同熱壓條件下的膠合強度;(e)不同支化度的環(huán)氧化物與AC制備的膠黏劑的膠合強度;(f)不同配比膠黏劑的膠合強度;(g)膠黏劑中任一單組分與最佳配比膠黏劑膠合強度的對比;(h)分別使用NWS和AFWS制備膠合試件的膠合強度對比;(i)與其它生物質(zhì)膠黏劑膠合性能的比較。


  相關(guān)研究成果近期以“Cellulose-based ultrastrong wood adhesive and composites constructed through “sandwich” profile bonding interface”為題發(fā)表在國際期刊Composites Part B: Engineering上。西南林業(yè)大學材料與化學工程學院研究生劉同達為第一作者,杜官本院士、楊龍研究員和英國布魯內(nèi)爾大學Mizi Fan教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目、云南省院士工作站、云南省基礎(chǔ)研究計劃重點項目、云南省中青年學術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才項目以及云南省高層次人才培養(yǎng)支持計劃青年拔尖人才項目等經(jīng)費支持。


  原文鏈接https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.111169


通訊作者簡介


  杜官本,中國工程院院士,西南林業(yè)大學教授,博士生導師,新世紀百千萬人才工程國家級人選,國家有突出貢獻中青年專家,云南省科技領(lǐng)軍人才,致力于林業(yè)產(chǎn)業(yè)、木竹材加工產(chǎn)業(yè)、木竹材膠合與人造板工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論及技術(shù)創(chuàng)新研究。先后主持國家科技支撐計劃課題、國家重點研發(fā)計劃課題任務(wù)、國家自然科學基金重點項目等20余項,發(fā)表學術(shù)論文500余篇,其中SCI收錄論文300余篇,授權(quán)國家發(fā)明專利60余件,出版學術(shù)專著9本。以第一完成人獲國家科技進步二等獎、何梁何利科學與技術(shù)創(chuàng)新獎、全國創(chuàng)新爭先獎、云南省科學技術(shù)杰出貢獻獎、教育部科技進步一等獎、梁希林業(yè)科學技術(shù)一等獎、云南省自然科學一等獎、云南省科技進步一等獎等國家級及省部級獎勵20余項。兼任國際木材科學院Fellow和執(zhí)行理事、教育部高等學校林業(yè)工程學科教學指導委員會副主任委員、中國林學會常務(wù)理事等。


  楊龍,西南林業(yè)大學材料與化學工程學院木材科學與工程系研究員,博士生導師,主要從事超支化共縮聚樹脂木材膠黏劑、生物質(zhì)膠黏劑仿生交聯(lián)制備、木竹材表面活化處理與膠合界面重構(gòu)、木竹質(zhì)復合材料等研究。主持國家重點研發(fā)計劃課題任務(wù)、國家自然科學基金面上/地區(qū)項目、云南省基礎(chǔ)研究計劃優(yōu)青/重點項目、云南省農(nóng)業(yè)聯(lián)合專項重點項目等省部級及以上項目10余項;在Chem. Eng. J., Compos. Part B Eng., ACS Appl. Mater. Interfaces, ACS Sustainable Chem. Eng.等學術(shù)期刊上發(fā)表SCI收錄論文100余篇(第一/通訊作者70余篇,中科院一區(qū)top期刊論文55篇),申請國家發(fā)明專利18項(授權(quán)12項);曾先后入選全國博士后創(chuàng)新人才支持計劃、云南省高層次人才培養(yǎng)支持計劃青年拔尖人才、云南省中青年學術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才等,獲云南省自然科學二等獎1項;兼任中國林學會木材科學分會委員會委員、中國林產(chǎn)工業(yè)協(xié)會智能制造產(chǎn)業(yè)分會常務(wù)理事、《林業(yè)工程學報》和《輕工學報》期刊青年編委。

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(責任編輯:xu)
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