《Bioresource Technology》：Low-carbon cork agglomerated materials via chitosan/blocked isocyanate adhesive: Cross-linking mechanism, high performance, and life cycle assessment
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•为低碳排放软木团聚材料开发了CS/BI粘合剂。•光谱分析证实粘合剂-软木界面处存在脲基/脲烷基交联键。•拉伸强度超过ISO标准，且具有良好的弹性和保温性。•交联网络赋予优异的开水和耐酸碱性能。•生命周期评估（LCA）显示全球变暖潜值（GWP）降低45.3%，酸化潜值（AP）
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为低碳排放软木团聚材料开发了CS/BI粘合剂。
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光谱分析证实粘合剂-软木界面处存在脲基/脲烷基交联键。
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拉伸强度超过ISO标准，且具有良好的弹性和保温性。
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交联网络赋予优异的开水和耐酸碱性能。
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生命周期评估（LCA）显示全球变暖潜值（GWP）降低45.3%，酸化潜值（AP）降低52.6%，耗竭潜值（ADP）降低81.6%。
引言
在建筑领域，石油衍生的聚合物（如聚氨酯泡沫、EPS、XPS）因其耐久性和可加工性而被广泛用于热绝缘和吸音。然而，这些化石衍生物聚合物的生产消耗大量不可再生资源，并在其整个生命周期内贡献温室气体排放（Jha等，2024）。因此，开发广泛来源的可再生天然木质纤维素材料以替代石油衍生物聚合物，已成为突破当前环境制约的战略必需（Heinrich，2019；Zhu等，2016）。在可再生天然资源中，软木因其独特的物理化学结构和固有的生态友好性而成为一种理想的替代材料（Silva等，2005）。作为一种丰富的天然闭孔材料，软木具有低密度、卓越的吸能和有效的减震特性。为了克服天然软木的尺寸限制并满足现代工业的需求，软木颗粒可通过成型、冷压和热固化等工艺重组为团聚板材（Branco等，2021；Duarte和Bordado，2015）。这些工程化材料在航空航天热绝缘、建筑声学以及工业级减震和密封等方面具有相当大的应用潜力（Knapic等，2016；Leite和Pereira，2017；Luciano等，2023；Sergi等，2022a；Silva等，2005）。
这些高附加值软木团聚材料的制造在很大程度上取决于粘合剂系统（Antunes等，2020）。目前，该行业主要使用异氰酸酯基粘合剂（如聚meric甲撑二苯基二异氰酸酯，PMDI）、聚氨酯（PU）粘合剂和三聚氰胺改性环氧树脂（Aguiar等，2023；Santos等，2021）。尽管这些商业体系与软木的高弹性行为达到了满意的机械相容性，但它们仍然严重依赖不可再生的化石资源。在日益严格的环保法规下，向生物基高分子粘合剂转型已成为软木基材料可持续发展的核心路径（Kottner等，2016；Pizzi，2016）。与富含极性纤维素的常规木材基材不同，软木细胞壁由高度疏水的软木素（质量分数约为40–50%）与木质素交联而成（Gra?a，2015；Srinivasan等，2026）。这种低表面能微结构赋予了软木卓越的防水和耐腐蚀屏障（Huo等，2024），但同时也阻碍了传统强极性纯生物基粘合剂（如淀粉和大豆蛋白）对软木颗粒表面的有效润湿和物理渗透。这种固有的不相容性导致了机械性能薄弱的界面粘结层，从根本上制约了生物基软木复合材料的宏观力学性能（Maulana等，2022）。因此，在提高粘合剂配方中生物基含量的同时，克服疏水屏障以确保牢固的界面铺展和高粘结强度，仍是该领域的核心挑战。
在众多潜在的天然聚合物中，壳聚糖因其独特的亲核反应性而脱颖而出（Luo等，2026；Xu等，2021）。作为高度极性的大分子，纯壳聚糖无法独立克服软木的疏水屏障（Edo等，2025；Fernandes等，2023），然而其高反应基团密度为化学重构提供了可能性。近年来的研究进展日益集中在壳聚糖在木质纤维素生物质生物转化和粘结中的应用（Chen等，2024；Duron等，2025；Liu等，2025b）。先前的研究已证实了其作为环保粘合剂的潜力，并为软木团聚材料的制备提供了有价值的参考。Song等（2022）采用酸化处理壳聚糖作为环保粘结剂，热压制备无甲醛团聚软木板，实现了1.70 MPa的拉伸强度和0.11 的热导率。Paiva等（2016）探索了壳聚糖和氧化黄原胶作为软木天然粘合剂的可行性。此外，近期的研究表明，引入含有脲烷基连接键的化学改性网络的交联剂可以增强壳聚糖基复合凝胶和粘合剂的氢键密度、耐水性和抗疲劳性（Phangkam等，2025；Silvestre等，2024），从而确认了壳聚糖作为木材粘合剂的可行性。然而，现有的探索主要集中于验证单一组分或简单混合生物基粘合剂的工艺可行性，以及表征所制备复合材料的宏观物理和力学性能，对于壳聚糖与高效交联剂组成的协同体系以及其产品综合环境评估的系统研究仍显不足（Zazo等，2025）。为应对这些局限性，闭式异氰酸酯（BI）提供了一种引人注目的化学重构机制。在受控热压条件下，保护性封锁基团解离，释放出活性异氰酸酯基团，这些基团与壳聚糖链上的氨基和羟基位点高效交联。这种定向共价交联从根本上克服了壳聚糖高极性带来的固有耐水性差的问题，同时在粘合剂-软木界面构建了牢固的化学桥。
本文旨在提出一种"界面锚定—三维桥接"协同策略，制备低碳"CS/BI复合粘合剂"。采用雾化喷涂胶结合阶梯式热压固化来制备高性能软木团聚材料。通过光谱表征、微观观察和力学评估系统地研究复合粘合剂系统的结构演变，阐明了CS/BI粘合剂网络与软木基材之间可能的化学相互作用和界面增强机理，并考察了复合材料在不同环境下的稳定性。壳聚糖分子链上的伯胺基和羟基作为活性位点，与异氰酸酯基团发生交联反应，形成致密的网络结构，从而提高了粘合剂的粘结性能。为了验证这一绿色制造策略的实际环境效益，引入生命周期评估（LCA）定量评价了该复合粘合剂体系相较于传统石化树脂在降低整体碳足迹和环境负荷方面的影响。这项工作不仅为多组分生物基复合系统的界面设计提供了理论基础，还为高韧性低碳软木衍生材料的工程应用拓展开辟了新途径。
章节摘要
材料
软木颗粒（15–20目）取自中国陕西安康秦巴山区。壳聚糖粉（脱乙酰度：95%，粘度：100–200 mPa·s）购自上海麦克林生化科技有限公司。冰醋酸（分析纯）购自天津致远化学试剂有限公司。闭式异氰酸酯（BI）（-NCO基团含量4.5%）由浙江科丰有机硅有限公司提供。
CS/BI粘合剂的制备
向装有适量物质的烧杯中加入蒸馏水。
软木团聚材料的力学性能
通过独立雾化喷涂结合多级热压制备软木团聚材料，获得了高度致密且柔性的复合材料（图1a）。通过引入长链柔性壳聚糖分子进行网络重构，该体系构建了平衡刚性和韧性的交联骨架。这种弹性界面粘结层有效耗散外部应力，保留了软木固有的压缩变形能力，并
结论
本研究通过雾化喷涂和多级热压技术，开发了一种用于制造高性能软木团聚材料的低碳CS/BI复合粘合剂。CS/BI粘合剂建立了致密的三维脲/脲烷基交联网络，使复合材料最大拉伸强度达2.21 MPa，具有优异的水热稳定性和出色的保温性能。与商业异氰酸酯粘合剂相比，CS/BI体系满足了商业标准
CRediT作者贡献声明
张嘉兴：起草初稿，可视化，方法论，形式化分析。李晶晶：软件。李一博：软件。严一凡：调查研究。易遥：软件。袁晶：资源。陈林：撰写—审阅与编辑。马同华：监督指导。谢晓兵：验证。刘哲芸：资源。李书蕾：数据管理。徐世琳：监督指导。马淑玲：概念构思。张建华：监督指导。楚杰：项目管理，基金获取。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划——"竹浆造纸过程有机固废资源化利用技术"（项目编号：2023YFD2201904）；校企合作项目——"新型荧光/磷光功能木材板材及其产品研发"（项目编号：20250062301881）；以及陕西省重点产业链项目——"生物活性成分提取
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