未经改性的技术木质素作为结构生物复合材料中的可持续粘合剂

《Green Chemistry》：Unmodified technical lignins as sustainable binders in structural biocomposites

研究评估了不同来源（草本植物、硬木、软木）和制备工艺（硫酸盐法、酶解法等）的木质素对复合材料性能的影响。通过浸渍处理，木质素增强的纤维素复合材料拉伸强度和刚度最高提升7倍，其中木材基有机溶剂木质素效果显著。机理分析表明，低玻璃化转变温度（Tg＜100℃）、低分子量（＜20000 Da）及高原生单元连接的木质素能更均匀分布并强化界面结合。表面分析（XPS）和热表征（DSC、DRIFTS）证实木质素分布、Tg与复合材料强度呈正相关。研究强调需结合木质素结构特征（如连接类型、羟基含量、多糖杂质）与Tg来预测热压木质复合材料性能，为开发可持续高强生物基复合材料提供理论依据。

　　

为了了解木质素结构对复合材料性能的影响，研究人员评估了多种木质素，这些木质素在植物来源（一年生植物、硬木和软木）和技术工艺（硫酸盐法、碱法、有机溶剂法以及酶解法）上存在差异。通过木质素浸渍处理，生物复合材料的拉伸强度和刚性提高了多达7倍，尤其是使用基于木材的有机溶剂法制备的木质素时效果更为显著。这些木质素具有较低的玻璃化转变温度（Tg）、较低的摩尔质量以及较高的天然单元间连接比例，从而在热压过程中促进了更好的分布和界面结合。此外，表面分析（XPS）和热性能表征（DSC、DRIFTS）结果证实了木质素分布、玻璃化转变温度与复合材料强度之间的相关性，表明低玻璃化转变温度的木质素分布更加均匀，有助于载荷的传递。该研究强调了在预测热压木质复合材料性能时，评估木质素结构特征（如连接类型、羟基含量和多糖杂质）以及玻璃化转变温度的重要性。总体而言，未经改性的技术木质素，尤其是有机溶剂法制备的木质素，作为可持续、高强度生物复合材料的天然粘合剂具有巨大潜力，适用于结构应用。