《Industrial Crops and Products》：Formaldehyde-free binder of natural rubber latex and lignin for sugarcane bagasse fiber composite plates
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本研究针对传统含甲醛粘合剂的环境与健康风险，开发了一种由天然橡胶乳液(NR)和碱木质素(AL)组成的生物基粘合剂(ADV)，用于制备甘蔗渣纤维(SBF)增强的仿木复合材料(WIC)。该ADV-WIC材料通过简单热压工艺成型，展现出可调的力学性能(杨氏模量5–35 MPa，屈服强度0.25–1.25 MPa)，耐磨性提升近40%，且扫描电镜和微CT证实木质素有效改善了纤维-基质界面相容性。该研究为替代甲醛基木材制品提供了高性能绿色材料解决方案。
在当前追求可持续发展的背景下，替代石油基材料的新型可再生材料技术开发已成为重要趋势。其中，仿木复合材料（Wood-inspired composite, WIC）由天然纤维和环保粘合剂构成，为现有合成材料提供了有前景的替代方案。然而，传统WIC中广泛使用的甲醛基粘合剂存在显著问题，因为甲醛是一种已知致癌物，对环境和健康构成严重风险。此外，将天然纤维与弹性体基质结合时，亲水性纤维与疏水性基质之间的界面相容性差，往往会损害最终力学性能。
为解决这些问题，巴西国家纳米技术实验室的研究团队在《Industrial Crops and Products》上发表了一项创新研究，开发了一种新型无甲醛粘合剂（ADV），由天然橡胶乳液（Natural rubber latex, NR）和碱木质素（Alkali lignin, AL）组成，用于制备甘蔗渣纤维（Sugarcane bagasse fiber, SBF）增强的WIC材料。
研究人员通过简单的热压工艺制备了ADV-WIC材料，并系统评估了其机械、热学、形态和物理性能。关键技术方法包括：材料表征（流变学分析、FTIR光谱、XPS分析）、复合材料制备（热压成型工艺）、性能测试（拉伸试验、动态机械分析、热重分析）和结构表征（扫描电镜、X射线显微断层扫描）。
材料制备与表征
研究通过将AL以1:19的质量比加入NR悬浮液中制备ADV粘合剂，再与不同含量的SBF（0%、30%、50%、150%，w/w）混合后热压成型。流变学测试显示ADV悬浮液具有更高的粘度和剪切稀化行为，有利于加工过程。
力学性能分析
拉伸测试结果表明，SBF含量显著影响材料性能：杨氏模量（E）可达5-35 MPa，屈服强度（σy）为0.25-1.25 MPa，断裂伸长率（εR）最高达400%。ADV-WIC材料在屈服强度和断裂强度上均优于纯NR为粘合剂的材料，性能提升高达60%。
热性能研究
热重分析显示所有材料的热分解起始温度（Tonset）均高于300°C，表明良好的热稳定性。动态机械分析（DMA）发现SBF的加入提高了玻璃化转变温度（Tg），ADV-WIC的Tg升高更明显，表明木质素改善了纤维-基质界面相容性。
形态结构表征
扫描电镜（SEM）图像显示ADV粘合剂与SBF纤维之间存在明显的锚定点，而NR基质中可见纤维脱粘现象。X射线显微断层扫描进一步证实ADV-WIC材料的孔隙率更低（ADV_30%为57% vs NR_30%为67%），表明木质素增强了界面结合。
物理性能评估
接触角测试显示所有材料表面均呈现疏水性（约90°）。硬度测试（IRHD标度）表明SBF含量可调节材料硬度（30-90 IRHD）。耐磨性测试中ADV-WIC的质量损失显著低于NR-WIC，耐磨性提升近40%。
该研究成功开发了一种全生物基、无甲醛的WIC材料，通过木质素作为天然相容剂，有效解决了天然纤维与橡胶基质间的界面相容性问题。材料性能可通过SBF含量进行有效调控，既能满足结构应用对高强度、高硬度的需求，又适用于需要柔韧性和高耐磨性的涂层领域。研究采用的甘蔗渣纤维作为农业副产品，不仅成本低廉、来源丰富，而且符合循环经济原则，为替代传统甲醛基木材制品提供了可持续解决方案。这种高性能绿色材料的开发，对推动环保材料在建筑和涂层行业的应用具有重要意义。
