福建農林大學「國家杰青」團隊，Nature之后，再發Nature子刊：木質素膠黏劑終于有了一套標準做法

膠黏劑是建筑、家具和人造板工業中不可或缺的關鍵材料，但當前主流產品仍高度依賴石油基的酚醛樹脂和脲醛樹脂。這類材料不僅不可再生，還伴隨著甲醛釋放、環境負擔和回收難題。作為自然界中最豐富的芳香族高分子，木質素因其與苯酚相似的化學結構，被長期視為替代石油基酚類樹脂的理想候選。然而，現實遠比設想復雜。 工業木質素在提取過程中往往發生嚴重縮合反應，導致分子量高、反應位點少、活性低，必須依賴苛刻的化學改性才能用于膠黏劑制備。這不僅增加成本，也使制備流程復雜、性能穩定性差，嚴重制約了木質素膠黏劑的規模化應用。 如何在不引入復雜改性步驟的前提下，直接獲得性能可控、顏色淺、耐水耐候的木質素膠黏劑，成為這一領域長期未解的核心難題。

近日， 福建農林大學 帥李 教授 、 楊光緒 教授 聯合 同濟大學 雷振東 教授 發表了一套系統化方法 ， 提出了一條“從生物質直接制備高性能木質素膠黏劑”的 完整技術 路線。該方法以“木質素質量篩選”為核心，通過精準控制提取條件，獲得縮合度≤60%的高質量木質素，并無需任何化學改性 或預聚反應 ，即可直接作為木材膠黏劑使用。 更重要的是，團隊首次給出了快速、定量評估木質素縮合度的標準化方法，將“好木質素”從經驗判斷轉變為可量化篩選。 整套流程從生物質到膠黏劑制備僅需約8小時 ，為木質素膠黏劑的工業轉化提供了可復制、可推廣的技術范式 。相關成果以“ Screening high-quality lignins extracted from biomass to prepare biobased wood adhesives ”為題發表在 《 N ature P rotocols 》 上， 龔正剛 為第一作者。

研究首先從傳統膠黏劑體系的反應機理入手。圖1a 展示了經典酚醛樹脂的合成過程，在堿性條件下，苯酚分子上的活性位點可以順利與甲醛發生縮聚反應，形成高度交聯的網絡結構。相比之下，圖1b 所示的木質素-酚醛樹脂體系則面臨明顯障礙：木質素芳香環上的鄰位和對位往往已被甲氧基或縮合形成的碳–碳鍵占據，真正能夠參與反應的位點極為有限，這直接導致膠黏劑反應不完全、顏色發黑、交聯密度低。基于這一現實問題，研究在圖1c 中提出了一個關鍵轉變：與其在后端“修補”木質素的反應活性，不如在前端盡量保留其天然結構。也就是說，只要在提取階段避免過度縮合，木質素本身就具備在熱壓條件下自交聯的潛力 。

圖1：傳統酚醛樹脂、木質素-酚醛樹脂與直接木質素膠黏劑制備思路對比

順著這一思路，圖2 系統展示了從生物質到木質素膠黏劑的整體流程。不同預處理方式（如縮醛保護、縮酮保護 或深共熔 溶劑處理）會得到含木質素的預處理液，隨后通過向水中緩慢滴加，使木質素沉淀析出。研究特別強調， 水在這里并非簡單的洗滌介質，而是決定木質素形貌與質量的關鍵因素。

圖2：從生物質到木質素膠黏劑的整體流程示意

這一點在圖5 和圖6 中得到了直觀體現。 當水與預處理液體積比僅為 1:1 時，木質素會迅速聚集成大塊沉淀，結構不均勻； 隨著比例 提高至 2:1、5:1 甚至 10:1，木質素逐漸轉變為分散均勻、可流動的濕態漿料（圖5），其分離收率也同步提升（圖6） 。這些看似“工藝細節”的變化，實際上直接影響后續膠黏劑的流動性和涂布均勻性。接下來，研究的邏輯重點轉向 “如何判斷木質素質量”。圖3 展示 了硫解反應 釋放出的木質素單體特征信號，這是定量分析木質素縮合程度的基礎。基于這些數據，研究在圖8 中給出了清晰的質量評估流程：通過比較原始生物質與提取后木質素的單體產率，計算得到木質素縮合度，并據此區分“高質量”和“低質量”木質素。圖4 系統比較了不同提取條件下木質素的產率、縮合度以及對應的膠黏性能。結果顯示，溫度、酸用量和反應時間稍有不當，就會顯著提高木質素縮合度，進而導致膠黏性能快速下降。這一結果也解釋了為何傳統工業木質素即使經過多次改性，仍難以穩定作為膠黏劑使用。

圖3：硫解反應釋放的木質素單體結構與表征

圖4：提取條件對木質素縮合度與膠黏性能的影響

圖5：不同水/預處理液比例下木質素沉淀形貌

圖6：水比例 對木質素分離收率的影響

在此基礎上，圖7 將“水比例—木質素形貌—膠黏性能”三者之間的關系完整串聯起來： 水比例 不足導致木質素分散不均，涂膠不連續，最終表現為濕強度和干強度雙雙偏低；只有在合適 水比例 下制備的木質素膠黏劑，才能穩定滿足標準要求。 隨后，研究在圖9 中進一步優化了膠黏劑配方， 發現當木質素固含量控制在 20–33% 時，可以在流動性和粘結性 能之間 取得最佳平衡。固含量過高會導致涂膠不均，過低則會削弱粘結強度 。

圖7：水比例對膠黏劑干強度和濕強度的影響

圖8：基于縮合度的高質量木質素篩選流程

圖9：木質素膠黏劑固含量 優化區間

圖10 則將整套方法推向實際應用層面，展示了木質素膠黏劑在三層膠合板中的制備流程。從涂膠、組坯到熱壓固化，整個工藝與現有工業生產線高度兼容，幾乎無需額外設備改造。隨后在圖11 和圖12 中，研究通過核磁共振和結構表征手段，進一步確認在優化條件下制備的木質素保持了較低縮合度和良好結構完整性。

圖10：木質素膠黏劑在膠合板中的應用流程

圖11：高質量木質素的結構特征表征

圖12：提取參數調控對木質素結構的影響

最終，圖13 給出了全文最具概括性的結果： 木質素縮合度與膠黏強度之間呈現清晰的負相關關系。當縮合度≤60% 時，膠黏劑的干強度和濕強度均穩定超過國家標準；一旦超過這一閾值，性能迅速衰減。 這一圖像化結果也為全文邏輯畫上了句號。

圖13：木質素縮合度與膠黏強度的定量關系

小結

這項研究的核心突破，并不在于提出了一種“全新的膠黏劑配方”，而在于完成了一次方法論層面的轉向：木質素膠黏劑的關鍵不在于改性有多復雜，而在于原料本身是否“足夠好”。 通過建立清晰的縮合度評價體系，并給出完整、可復現的制備流程，該研究為木質素膠黏劑的規模化應用掃清了 最 關鍵的不確定性。未來，隨著更綠色的溶劑體系、替代保護劑以及連續化分離工藝的發展，這一方法有望進一步降低成本，推動木質素從“低值副產物”真正轉變為高附加值的生物基功能材料 。