Aqueous lignin adhesive for high-performance wood bonding

胶粘剂 木质素 环境友好型 材料科学 生物炼制 韧性 水溶液 复合材料 粘接 耐久性 制浆造纸工业 工程木材 化学工程 复合数 粘附 酰胺 单甘醇 聚合物 原材料
作者
Xin Zhou,Yu Wang,Songnan Hu,Rongxian Ou,Haisong Qi,Fachuang Lu,John Ralph,Fengxia Yue
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (39): eaee5160-eaee5160
标识
DOI:10.1126/sciadv.aee5160
摘要

Developing formaldehyde-free and high-performance wood adhesives is imperative for sustainable wood utilization. To overcome performance trade-offs in lignin adhesives, we developed a formaldehyde-free aqueous adhesive formulation via reactive cysteine-functionalized lignin, achieving high performance with an unprecedentedly low lignin loading (20 wt %), which is sprayable and injectable and exhibits excellent fluidity (1.96 mPa·s, 10 3 s −1 ). It undergoes self-curing via forming amide bond, achieving robust bonding performance under simple hot-pressing conditions. The solvent-free lignin adhesive for plywood outperforms commercial resins, demonstrating exceptional dry strength (4.0 MPa), high wet-strength retention (83.7%), and superior durability against extreme temperatures (−196° to 190°C), humid heat aging, and solvents. Cysteine substitution enhances fracture toughness eightfold (reaching 11.06 kJ/m 2 ) by forming dual covalent/noncovalent networks that facilitate the polarity-enabled adhesion and crosslinking-induced toughening. This work establishes an environmentally friendly and scalable strategy for constructing full bio-based adhesives with exceptional processability and durability, providing a paradigm for lignin valorization within lignin-first biorefinery frameworks.
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