开发人造板材产品是提高木材资源利用率和保护森林的有效途径[1]。作为主要成分之一，胶粘剂与木质复合材料的质量及其应用密切相关[2]。目前，大约90%的木材胶粘剂是基于甲醛的树脂，因为它们具有固化速度快、性能优异、无色、成本低且加工方便等优点[3]。然而，主要问题在于甲醛的排放及其对人类健康和室内环境的危害[4]、[5]。因此，过去几十年中开发了许多无甲醛胶粘剂，如异氰酸酯胶粘剂[6]、生物基（蛋白质、淀粉、木质素、纤维素）胶粘剂[7]、[8]、[9]、[10]。尽管其中一些已经应用于木材复合材料的制造，但耐水性差、粘合强度低和生产成本高的问题仍然阻碍了它们在木材工业中的广泛应用。因此，开发一种具有优异性能且与现有木材板材生产过程高度兼容的无甲醛胶粘剂仍需要广泛而深入的研究[11]、[12]。
文献报道，由于乙二醛具有高反应性、低毒性（LD50, 大鼠 > 2960 mg/kg 和 LD50, 小鼠 > 1280 mg/kg）、不可挥发性、可生物降解性和低成本[13]、[14]，它被认为是替代甲醛制备木材胶粘剂的最佳候选者。理论上，乙二醛分子含有两个醛基，这应该使其在制备木材胶粘剂的过程中具有比甲醛更强的交联能力[15]、[16]。因此，应该可以获得性能更优的胶粘剂。然而，在实际应用中，使用类似尿素-甲醛胶粘剂配方的尿素-乙二醛（UG）胶粘剂的粘合强度和耐水性非常差，无法达到中国国家标准（GB/T 9846-2015）的要求[17]、[18]。经过广泛研究，这些问题主要是由于容易形成环状聚合物[19]、[20]，而支链聚合物在树脂制备过程中受到阻碍。这导致在树脂固化过程中由于交联结构不足而无法形成足够的粘合强度[21]、[22]、[23]。
基于“结构决定性能”的原理，提高基于乙二醛的树脂性能的关键在于扩展其交联结构。如果使用的原材料仍然是尿素和乙二醛，显然很难仅通过调节树脂的合成过程来实现这一目标[24]、[25]。受到尿素-甲醛（UF）胶粘剂研究的启发，通过共聚、混合和“共聚-混合”策略可以显著提升树脂的性能[26]、[27]、[28]、[29]。许多含有活性氨基的化合物被用作改性剂来扩展基于乙二醛的树脂的交联程度，例如三聚氰胺[30]、聚乙烯胺[31]、蛋白质[32]、淀粉[33]等。尽管这些树脂的性能在一定程度上得到了改善，但在耐水性方面仍存在不足，同时树脂的成本也会显著增加。因此，仍需要探索有效的策略来实现预期目标。
在这项工作中，采用了“共聚-混合”策略来制备出性能优异的基于乙二醛的树脂。为了构建支链结构并保持树脂的环保特性，在制备过程中选择了壳聚糖作为改性剂并将其加入树脂体系中。壳聚糖是一种天然且可生物降解的聚合物，来源于几丁质，具有生物相容性、无毒、可持续性和高化学反应性等优点[35]、[36]、[37]，使其成为改善所需结构改性的理想候选者，同时保持树脂的整体环保性。根据文献报道，壳聚糖中的氨基在酸性介质中可以被质子化，从而通过分子自组装过程形成均匀的壳聚糖溶液[38]、[39]。当这种溶液直接用作木材胶粘剂时，表现出优异的粘合强度和耐水性[40]、[41]、[42]，这为本论文的工作提供了有力支持。然而，众所周知，壳聚糖的价格非常昂贵。因此，通过将壳聚糖作为改性剂并与尿素和乙二醛混合使用，可以有效平衡最终树脂的性能和成本[16]、[43]、[44]、[45]。值得注意的是，由于壳聚糖中丰富的羟基及其反应不完全，共聚树脂的耐水性提升可能受到限制。为了弥补这些缺陷，通过将甘油与树脂混合，在加热过程中形成壳聚糖和乙二醛之间的化学结合或强氢键，可能会在固化树脂中增加额外的防水屏障[46]、[47]、[48]、[49]。
因此，首先开发并优化了一种包含壳聚糖、尿素和乙二醛的原创共聚配方，并调整了各组分的含量。然后评估了甘油对树脂性能的影响。在本研究中，使用了傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、电喷雾离子化质谱（ESI-MS）、X射线光电子能谱（XPS）、碳-13核磁共振光谱（13C-NMR）等技术来探索树脂的结构特征，以检测树脂的形成机制。这项工作将为开发具有优异性能的基于乙二醛的木材胶粘剂提供方法，并为平衡基于壳聚糖的树脂的成本提供可行的替代方案。
