微波辅助液化核桃壳制备生物基环氧树脂胶粘剂及其生物相容性研究

为解决石油基环氧树脂（DGEBA）的毒性及不可持续性问题，研究人员采用微波辅助液化技术将核桃壳（WS）转化为富含酚羟基的平台化合物，进而制备液化核桃壳基环氧树脂（LWSER）。通过聚酰胺650（PA）固化，所得LWSER-PA胶粘剂剪切强度达中国胶合板标准（≥0.7 MPa），细胞活性超85%，兼具优异力学性能与生物相容性，为医疗和食品包装领域提供绿色替代方案。

　　

在全球面临化石能源危机与BPA（双酚A）毒性问题的背景下，传统石油基环氧树脂（DGEBA）的可持续性与安全性备受质疑。BPA作为DGEBA的原料，不仅具有内分泌干扰作用，还与2型糖尿病、免疫系统疾病风险相关。与此同时，每年全球产生约370万吨核桃壳（WS），其高木质素含量（98.5% lignocellulose）的废弃处理成为资源浪费。如何将这类生物质转化为高值化材料，成为解决环境与健康双重挑战的关键。

为此，中国的研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表研究，通过微波辅助液化技术将WS转化为液化核桃壳基环氧树脂（LWSER），并以聚酰胺650（PA）为固化剂制备胶粘剂。研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和凝胶渗透色谱（GPC）分析分子结构变化，通过热重分析（TGA）、剪切强度测试及体外细胞毒性实验评估性能。结果表明，LWSER-PA胶粘剂不仅力学性能达标，且生物相容性优异，为医疗和食品包装等高风险领域提供了新型绿色材料。

关键技术方法
研究以小于60目的WS粉末为原料，在80 W微波功率（夹套温度25°C）、7.50 wt%硫酸催化剂条件下液化30分钟，获得最高产率。液化产物与环氧氯丙烷反应生成LWSER，再与PA按不同质量比混合固化。通过三层层压胶合板制备试样，测试其剪切强度与耐水性，并采用CCK-8法检测细胞活性。

研究结果

1. Liquefaction of WS
液化过程分为两阶段：10-30分钟内残渣率从7.20%降至1.73%，30分钟后因副反应略有回升。FTIR显示木质素分解并发生酚羟基的邻对位取代，GPC证实分子量降低至活性小分子。

2. Characterization of LWSER-PA adhesives
所有比例的LWSER-PA胶粘剂剪切强度均超过GB/T 9846-2015标准（≥0.7 MPa），其中LWSER-PA 1:2的细胞活性达93.72%，TGA显示热稳定性良好（分解温度>300°C）。

3. Biocompatibility evaluation
CCK-8实验表明，LWSER胶粘剂体系细胞活性均高于85%，远优于传统BPA基材料，证实其低毒性特征。

结论与意义
该研究首次将微波液化技术与生物质环氧树脂制备相结合，实现了核桃壳的高效转化。LWSER-PA胶粘剂兼具力学强度与生物安全性，不仅满足工业标准，更突破了传统环氧树脂在医疗等高敏感领域的应用限制。研究为生物质资源的高值化利用提供了新范式，对推动绿色材料发展具有重要科学与社会价值。