Am 8. August 2023 berichtete eine Schnellveröffentlichung in der Zeitschrift Nature über die neuesten Forschungsergebnisse des Teams von Professor Shuai Li vom College of Material Engineering der Fujian Agriculture and Forestry University. Das Team hat die technischen Herausforderungen herkömmlicher Holzklebstoffe auf Ligninbasis erfolgreich gemeistert, darunter komplexe Herstellungsprozesse, hohe Kosten und schlechte Leistung. Sie haben hochaktives Lignin genutzt, um einen neuen grünen Holzklebstoff auf Ligninbasis mit hervorragenden Klebeeigenschaften zu entwickeln, der sich als ideale Alternative zu Massenklebstoffen auf petrochemischer Basis erweist.
Holzwerkstoffe wie Spanplatten werden häufig in verschiedenen Bereichen eingesetzt, darunter im Baugewerbe und in der Innenausstattung. Chinas jährliche Produktion von Holzwerkstoffen übersteigt 300 Millionen Kubikmeter und liegt damit weltweit an erster Stelle. Die derzeit am häufigsten verwendeten Klebstoffe für diese Holzverbundwerkstoffe sind Harnstoff-Formaldehyd- und Phenol-Formaldehyd-Harze, die hauptsächlich auf petrochemischen Ressourcen basieren und häufig unter Formaldehydemissionen leiden. Um die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen zu verringern, hat die Industrie ihr Augenmerk auf die Nutzung von Lignin aus erneuerbarer Lignozellulose-Biomasse als Teilersatz für Phenol gerichtet, was zur Entwicklung von Lignin-Phenol-Formaldehyd-Harzen führte. Allerdings kommt es bei industriellem Lignin während des Trennprozesses zu starker Kondensation und geringer Reaktivität, was zu Klebstoffen mit schlechterer Klebeleistung, dunklerer Farbe, höheren Kosten und der Unfähigkeit führt, Formaldehydemissionen vollständig zu beseitigen. Infolgedessen besteht in der akademischen und industriellen Gemeinschaft ein wachsendes Interesse an der Entwicklung kostengünstiger, leistungsstarker und ungiftiger Holzklebstoffe unter Verwendung grüner und kohlenstoffarmer Biomaterialien.
Inspiriert durch die Fähigkeit von Lignin, Zellulose und Hemizellulose in lignozellulosehaltiger Biomasse auf leimartige Weise zu binden, extrahierten Professor Shuai Li und sein Team hochaktives Lignin aus Holz und landwirtschaftlichen Rückständen, um einen neuartigen grünen Holzklebstoff auf Ligninbasis zu entwickeln. Mit diesem Klebstoff produzierten sie erfolgreich hochwertiges Sperrholz in einem breiten Temperaturbereich von 100 bis 190 Grad Celsius und boten Vorteile wie grüne Synthese, einfache Verarbeitung, hervorragende Leistung und niedrige Kosten.
Die mikroskopische Grenzflächencharakterisierung ergab, dass der Adhäsionsmechanismus des Holzklebstoffs auf Ligninbasis hauptsächlich auf der Erweichung von Lignin und dem Eindringen und Füllen von erweichtem Lignin in Interzellularräume wie Gefäße beruht. Mithilfe von Techniken wie zweidimensionaler Kernspinresonanz und Mikroinfrarotspektroskopie wurde festgestellt, dass das Lignin im Klebstoff eine In-situ-Selbstvernetzung durchläuft und mit nativem Lignin in pflanzlichen Zellwänden Vernetzungen bildet. Insgesamt erreicht der Lignin-basierte Klebstoff sowohl eine physikalische als auch eine chemische Bindung an der Grenzfläche und ermöglicht so die effiziente Produktion grüner, kohlenstoffarmer Holzprodukte.
Dieser erweiterte Artikel bietet eine detailliertere und wissenschaftliche Beschreibung der Entwicklung des neuen Holzklebstoffs auf Ligninbasis. Die Forschung des Teams von Professor Shuai Li bietet wertvolle Einblicke in die Herstellungsmethode und den Bindungsmechanismus dieses grünen Klebstoffs. Es ebnet den Weg für den Einsatz von Holzklebstoffen auf Ligninbasis in der Holzwerkstoffindustrie. Die Ergebnisse haben einen erheblichen akademischen Wert und praktische Anwendungsaussichten und tragen zur Weiterentwicklung der Lignin-basierten Klebstofftechnologie und zur Verwirklichung nachhaltiger Entwicklungsziele bei.