磷化柠檬酸基聚胺交联改性淀粉-明胶复合胶黏剂的制备及其阻燃抗水性能研究

针对传统醛类胶黏剂环境污染及生物质材料亲水性强的瓶颈问题，研究人员通过马来酸酐桥接淀粉与明胶长链，开发出含磷柠檬酸基聚胺(HC-TCPP)交联的新型全生物质木材胶黏剂GAS-HC-TCPP。该材料兼具27.4%极限氧指数(LOI)的阻燃性能和优异的沸水抗性，同时通过pH调节缓解了胶黏剂对层压板的酸蚀问题，为可持续生物基胶黏剂设计提供了新思路。

　　

随着木材工业的快速发展，结构用木材对胶黏剂的粘结强度、耐水性和阻燃性提出了更高要求。传统三聚氰胺-甲醛胶黏剂虽价格低廉且固化迅速，但存在甲醛释放、原料不可再生等问题，而生物质基胶黏剂又因亲水基团过多导致性能不足。如何开发环境友好且高性能的木材胶黏剂成为行业痛点。

针对这一挑战，云南某高校的研究团队创新性地将玉米淀粉(直链淀粉含量28.1%)与废弃皮革提取的明胶通过马来酸酐桥接，构建了羧化淀粉(AS)-明胶(GAS)初级网络，再引入含磷柠檬酸基聚胺(HC-TCPP)形成多重交联结构，成功制备出全生物质基阻燃木材胶黏剂GAS-HC-TCPP。该成果发表于《Carbohydrate Polymers》，为解决生物质胶黏剂"强度-耐水性-阻燃性"难以兼顾的三角矛盾提供了新方案。

研究采用三步关键技术：1) 通过90℃高温使马来酸酐与淀粉羟基发生亲核加成制备羧化淀粉(AS)；2) 80℃下AS与明胶通过酰胺化反应构建GAS初级网络；3) 引入HC-TCPP实现磷-氮协同阻燃和pH调节。实验选用市售杨木单板作为基材，通过极限氧指数(LOI)、沸水浸泡等测试评估性能。

材料表征证实AS成功接枝羧基，FTIR显示1710 cm^-1处出现酯羰基特征峰。粘结性能测试表明GAS-HC-TCPP湿强度达2.45 MPa，比纯GAS提高136%。阻燃机制分析发现TCPP中的磷元素促使材料燃烧时形成致密炭层，LOI值提升至27.4%。耐久性研究显示交联网络有效屏蔽亲水基团，沸水浸泡24小时后仍保持完整界面。

该研究的突破性在于：1) 通过"淀粉长链物理缠绕-明胶共价交联-TCPP阻燃调控"的多级设计实现性能协同；2) 利用废弃明胶实现资源循环；3) HC-TCPP的pH缓冲作用缓解了生物质胶黏剂常见的酸腐蚀问题。这种"以废治废"的策略不仅为生物基胶黏剂产业化提供了技术储备，更响应了我国"双碳"战略对绿色建材的迫切需求。正如通讯作者Lianpeng Zhang强调的，该方法原料成本较传统工艺降低43%，且工艺兼容现有生产线，具有显著的商业化潜力。未来研究可进一步探索不同直链淀粉含量的原料适配性，以及工业化放大中的流变学调控问题。