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深研院新材料学院潘锋团队在《细胞》子刊报道生物质胶黏剂研究重要突破

北京大学

发布时间: 2026-07-06 11:17:13 47次浏览

胶黏剂是现代制造业的“看不见的骨架”：胶合板、刨花板等人造板工业长期依赖以脲醛/酚醛树脂为代表的石油基甲醛胶黏剂体系。据行业统计口径，全球此类甲醛系胶黏剂年消耗量在亿级吨规模，在生产与使用环节持续释放挥发性有机物（VOCs）与甲醛，带来突出的环境与健康隐患。以大豆蛋白、木质素等可再生资源为来源的生物质胶黏剂被视为重要替代路线，但其产业化长期受限于两大痛点：力学强度/耐水性与绿色可持续性难以兼得——传统“加法”思路（化学改性、外加交联剂、纳米填料等）往往重新引入合成助剂，牺牲了“全生物基、闭环无毒”的可持续初衷。

北大深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队围绕界面稳定性与“粘结-力学-输运”耦合问题已形成一条较为清晰的研究脉络，其核心方法论可概括为：把粘结剂当作界面工程问题来设计——抓住分子/离子相互作用、能量场调控与多尺度结构演化3条主线。

近两年，团队在锂离子电池高容量硅负极方向，提出基于多齿配位化学的导电粘结剂设计策略（J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 7919—7930），在碳纳米管表面接枝导电聚芴，设计在制备新型导电粘结剂（PCNT）(Energy Storage Materials 78, 2025, 104255)，采用原位硫醇烯点击反应来制备弹性电子/锂离子导电聚合物网络（Matter, 2025, 8101952)；面向钠电生物质基硬碳的“本征缺陷/杂质导致失效”问题，发展了功能导向型复合粘结剂（LA/PEO）（Small. 2025, 21, 2500532）；面向高电压锂电正极材料，提出了热脉冲烧结（TPS）技术用于改良传统的羧甲基纤维素钠（CMC）粘结剂（Angew. 2025, e202423796）。

这些工作的共同点在于：团队不断回到粘结界面发掘材料基因，从结构基元到功能结构基元的思路解构材料，发展这些高性能粘结剂。这一认知框架，后来成为其跨入非电池生物质结构胶黏剂时的关键思维桥梁。

近日，潘锋/楼子瑞团队在《细胞》（Cell）旗下物理科学旗舰期刊《细胞报告-物理科学》（Cell Reports Physical Science）上发表了题为“Thermal-mechanical triphasic assembly enables ultra-strong soy protein adhesives via biomass welding”的研究论文（2026, 7, 103216, Open Access, DOI: 10.1016/j.xcrp.2026.103216）。

传统大豆蛋白胶的思路多是往体系里加改性剂、交联剂、纳米增强相等；该研究反其道而行之——只使用大豆分离蛋白（SPI）与去离子水调配成凝胶态前驱体，不再引入任何合成改性剂；真正的“加法”不在配方，而在热—力参数空间的精细寻优与机理理解：系统考察热压温度、压力、时间与水分的耦合效应，找到最优窗口：160 °C/1.5MPa/8min。在标准胶合板剪切测试下，所得胶合板达到约15.46MPa的剪切强度，较传统大豆蛋白胶提升约一个量级，并在相同制备流程下超越经典酚醛树脂（PF）胶黏剂的对照水平，是目前文献报道中大豆蛋白基类胶黏剂的领先水平之一。

工艺优化与胶合板机械性能突破

团队提出“热机械调控三相组装”的界面融合图景，类比冶金焊接过程：Phase1（≈150°C）：木质素塑性流动/液化充当“焊料”，在压力下渗透、浸润并填补SPI与木材表面的微观空隙；Phase2：纤维素微纤的结构重排/自交联形成承重骨架（类似焊缝区的承载网络）；Phase3（≈160°C）：共价锁定——热-力激活下，SPI暴露的官能团与木材组分之间形成C–N/C–O等共价键式连接，使“胶层-木材”从弱物理附着升级为更强的化学一体化界面。Micro-CT三维重建也直观支撑：高强度样品对应的胶层致密、孔隙极少（低孔隙率可类比“无缺陷焊缝”），而低强度窗口样品胶层则呈现更高孔隙率与不规则形貌。