《Resources》：Valorization of Mopa Mopa Resin as a Renewable Bio-Based Adhesion Promoter for Sustainable Wood Adhesives
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摘要：开发木材胶粘剂用可再生原材料的探索推动了具有内在粘附性能的天然树脂研究。本研究评估了Mopa Mopa树脂（Elaeagia pastoensis Mora）作为松木木材-木材粘接配方中粘附促进剂的应用效果。研究首先评估了各主要组分的单独行为，随后通过将
摘要：开发木材胶粘剂用可再生原材料的探索推动了具有内在粘附性能的天然树脂研究。本研究评估了Mopa Mopa树脂（Elaeagia pastoensis Mora）作为松木木材-木材粘接配方中粘附促进剂的应用效果。研究首先评估了各主要组分的单独行为，随后通过将Mopa Mopa树脂与聚醋酸乙烯酯（PVAc）、聚乙烯醇（PVA-OH）和淀粉组合，配制了九种胶粘剂体系。研究人员将筛选出的配方与两种商业胶粘剂进行了剪切强度和直接拉伸强度测试、物理性能测试、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）及断裂表面分析对比。Mopa Mopa树脂单独评估时达到了6.657 MPa的剪切强度，在所研究的组分中仅次于PVAc。经初步筛选阶段后，研究人员选定F-3和F-5配方并制备为含5.8%添加剂的最终胶粘剂体系。最终配方F-3由54.2% PVAc、20% Mopa Mopa树脂、20% PVA-OH和5.8%添加剂组成，而F-5由29.5% PVAc、37.5% Mopa Mopa树脂、27.2%木薯淀粉和5.8%添加剂组成。F-3的剪切强度达到7.792 MPa，超过了商业胶粘剂C1（6.328 MPa），而F-5获得了最高的平均直接拉伸强度（1.371 MPa）。物理化学表征确认了与配方组分相关的官能团的存在，而F-3的断裂分析揭示了内聚破坏、混合破坏和基材破坏模式。综合研究结果表明，Mopa Mopa树脂作为木材配方中的功能性组分和粘附促进剂具有应用潜力，可与合成聚合物和可再生原材料组合，获得具有竞争力的力学性能的粘接接头。
论文解读：Mopa Mopa树脂在可持续木材胶粘剂中的增值化应用
一、研究背景与意义
传统木材胶粘剂如脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂因其良好的力学性能和粘附能力而被广泛应用于木制品行业。然而，这些胶粘剂的使用引发了环境和健康方面的担忧，主要涉及石油化工衍生原材料的使用以及制造和使用各阶段甲醛的释放。这些局限性推动了从可再生资源中全部或部分获取胶粘剂体系的研究，旨在不牺牲木材粘接所需性能的前提下降低环境影响。
在此背景下，多种天然资源已被研究作为木材胶粘剂的组分或前体。Cesprini等人开发了基于缩合白雀鞣质和糠醛的可再生胶粘剂体系用于刨花板制造；Huang等人开发了基于壳聚糖、硼酸和环氧化松香酸的胶粘剂，在干湿条件下均能产生具有足够强度的木材粘接；Brus等人直接评估了天然树脂虫胶作为山毛榉木材胶粘剂的效果，发现热处理可促进其缩聚反应，提高热稳定性和耐湿性。这些研究表明多种天然物质和树脂可在木材胶粘剂体系中发挥功能性作用。
Mopa Mopa树脂来源于Elaeagia pastoensis Mora植物，传统上用于Pasto Varnish手工艺技术。在其传统加工过程中，树脂可通过加热软化，获得高变形能力，并转化为可直接涂覆和粘附于木材表面的薄膜，无需额外胶粘剂。尽管具有这些特性，关于Mopa Mopa树脂及其潜在技术应用的科学研究仍然有限。已有研究涉及其与聚己内酯的混合物、不同相对湿度条件下的物理力学和热性能、溶解性和光谱技术表征，以及天然纤维复合材料。然而，其作为木材粘接配方中功能性组分或粘附促进剂的应用仍缺乏深入研究。因此，本研究旨在评估Mopa Mopa树脂作为松木粘接配方中粘附促进剂的技术可行性。
二、研究内容与主要技术方法
研究人员开发了使用Mopa Mopa、PVAc、PVA-OH和淀粉的配方，基于力学强度、固含量和稳定性标准进行筛选。主要关键技术方法包括：采用Brookfield旋转粘度计按哥伦比亚技术标准NTC 5861测定粘度；采用比重瓶法参照EN 542:2003标准测定密度；按NTC 5003标准测定总固含量；使用KRüSS DSA305仪器在玻璃和松木两种基材上评估接触角；使用Tinius Olsen万能试验机参照ASTM D905-08（2021）和ASTM D2095-96（2023）标准进行剪切和直接拉伸强度测试；使用PerkinElmer Spectrum 100 FT-IR光谱仪进行傅里叶变换红外光谱分析；使用TA Instruments Q50进行热重分析；使用TA Instruments Q20进行差示扫描量热分析；使用Nikon SMZ800N体视显微镜和JEOL NeoScope 5000扫描电子显微镜进行断裂表面分析。松木作为粘接基材，Mopa Mopa树脂采自哥伦比亚普图马约省莫科阿地区。
三、研究结果
3.1 剪切强度
在单独原材料评估阶段，PVAc和Mopa Mopa树脂在评估组分中表现出最高的平均剪切强度，分别为8.960和6.657 MPa。高低密度PVA-OH等级和淀粉的强度值明显较低，与其在配方中作为成膜剂和改性剂的角色一致。在九种基础配方初步筛选中，F-2（4.883 MPa）、F-3（3.431 MPa）、F-4（3.289 MPa）、F-5（3.157 MPa）和F-7（3.153 MPa）达到≥3.0 MPa的内部剪切强度标准。最终阶段中，F-3以7.792 MPa的平均剪切强度位居首位，超过商业胶粘剂C1（6.328 MPa）和F-5（6.118 MPa），而C2仅0.456 MPa。值得注意的是，F-5尽管生物基组分名义占比高达64.7%，仍获得了与主要商业基准C1相当的剪切强度。
3.2 直接拉伸强度
F-5以1.371 MPa的平均直接拉伸强度居首，其次为F-3（1.315 MPa）和商业胶粘剂C1（1.106 MPa），C2最低（0.127 MPa）。F-5虽获最高平均值但离散度较大，F-3则表现出较小的实验变异性。所有配方的直接拉伸强度值均显著低于剪切强度值，这与两种测试的载荷方向差异一致。
3.3 固化时间对力学强度的影响
F-3和F-5的剪切强度和直接拉伸强度均随固化时间增加而提高。F-3在24小时达到最高剪切强度7.79 MPa。C1在最初几小时表现出更快的强度发展，但F-3在24小时超越其强度。直接拉伸测试中，F-3从1小时的约0.38 MPa增至24小时的1.31 MPa，F-5从约0.31 MPa增至1.37 MPa。C1在早期阶段值较高但24小时时低于实验配方。
3.4 物理性能评估
PVAc固含量最高（50%），其次为Mopa Mopa树脂溶液（20%）、PVA-OH（17%）和淀粉（15%）。F-3和F-4固含量28%，F-5为31%，符合28%-32%的内部标准。F-3实验固含量为22.6%，低于理论值，F-5则与理论值较为接近。定性储存稳定性观察中，F-1和F-9表现出明显不稳定迹象，F-3、F-4、F-5和F-6则未观察到明显相分离。粘度方面，F-3为4029 cP，F-5最低（2041 cP），C1最高（17858 cP），C2为4457 cP。密度方面，F-3、F-5和C1值相近（1.0588-1.0883 g/cm3），C2最低（0.8687 g/cm3）。接触角测试中，F-5在玻璃（28.86°）和松木（47.12°）上均表现出最小接触角，F-3居中，C1最大。
3.5 表征技术分析
FTIR分析确认F-3和F-5中3695-3000 cm?1区域的羟基（-OH）伸缩振动带，与含羟基组分的存在一致。F-5在此区域强度更大，与其更高的羟基丰富组分比例相符。羰基区域的信号与PVAc酯基和Mopa Mopa树脂的羰基一致。TGA分析显示两种配方在约100°C出现初始质量损失，随后在300-400°C区域出现主要降解阶段。F-3表现出比F-5更大的质量损失。商业胶粘剂的主要降解阶段在250-400°C之间，C1最大失重速率在335.3°C，C2在321.2°C。DSC分析显示F-3的玻璃化转变温度（Tg）约37.13°C，F-5约36.54°C。F-5在162.9和176.3°C出现热事件，F-3在178.7°C出现事件，可能与Mopa Mopa树脂的半结晶性质有关。C1在约34°C出现热变化，C2在47.1°C出现更明确的吸热事件。
3.6 断裂分析
F-3的断裂表面分析识别出三种破坏模式：基材破坏（裂纹主要通过基材扩展，表明胶粘剂线向木材的有效载荷传递）、混合破坏（涉及胶粘剂、界面和基材的异质裂纹扩展）和内聚破坏（裂纹主要在胶粘剂层内扩展，界面保持完整）。SEM分析证实了包含残余胶粘剂材料和断裂暴露木纤维的不规则表面形态，与混合破坏和内聚破坏模式一致。
四、讨论与结论
讨论部分指出，F-3的性能可与其最终组成相关联，其中较高比例的PVAc与其单独评估时的良好表现一致。F-5尽管生物基组分比例较高，仍获得与C1相当的剪切强度，这一结果具有重要意义。固化时间的影响表明，实验配方的强度发展持续时间比商业胶粘剂更长。接触角结果与粘度差异相关，较低的粘度可能有利于更好的表面铺展。FTIR和热分析结果与配方组成一致。
研究结论表明，Mopa Mopa树脂表现出与木材粘接相关的粘附能力，单独剪切强度达6.657 MPa，在所评估组分中仅次于PVAc。最终配方F-3在24小时固化后获得最高剪切强度（7.79 MPa），超过主要商业基准C1（6.32 MPa）。最终配方F-5获得最高直接拉伸强度（1.371 MPa），且生物基组分名义占比达64.7%。这些结果支持Mopa Mopa树脂作为结合合成和可再生组分的混合木材胶粘剂配方中功能性粘附促进组分的应用。断裂表面分析对F-3显示出基材、混合和内聚胶粘剂破坏模式。总体而言，含Mopa Mopa的配方在评估的干燥条件下获得了与商业木材胶粘剂相当的力学性能。研究未评估高相对湿度和直接水暴露条件下的性能，未来工作应关注湿耐久性、长期储存稳定性以及更多含Mopa Mopa配方的比较断裂分析。
