油热改性巨竹胶合性能研究：为可持续竹基材料应用提供关键指引

为探究油热改性（OHT）对竹胶合性能影响，研究人员开展相关研究，发现 PUR、PF 性能优，OHT 有影响，具重要意义。

　　竹，这种在人类生活中扮演着重要角色的植物，从文化传承到科技创新，从社会经济发展到生态环境保护，都有着它的身影。它凭借着优良的物理机械性能和可再生的特性，成为了传统木材的有力替代者，尤其是在加工成各种复合材料后，更是大显身手。比如工程竹（e-bamboo），它就像竹材领域的一颗新星，被广泛应用于家具制造、建筑施工等多个行业。

然而，竹材的发展并非一帆风顺。其富含木质纤维素的特性，使得它容易吸收水分，还可能遭受生物的侵蚀，时间一长，结构的完整性就会受到威胁。为了解决这些问题，人们尝试了各种方法，其中热改性技术备受关注。在众多热改性手段中，油热处理（OHT）脱颖而出，它不仅能提升竹材的尺寸稳定性，还能增强其疏水性，让竹材在面对各种环境挑战时更具优势。

但在实际应用中，新的问题又出现了。不同类型的胶粘剂在 OHT 竹材上的胶合特性还不为人所知，这就像在黑暗中摸索，给工程竹的生产带来了很大的困扰。而且，目前对于 OHT 对胶粘剂润湿性和剪切强度影响的研究还十分有限，这无疑成为了竹材进一步发展的绊脚石。

为了打破这些阻碍，来自菲律宾科技部森林产品研究与发展研究所（DOST - FPRDI）的研究人员 Juanito Jr. P. Jimenez 和 James Edelbert C. Ramos 勇敢地踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Advances in Bamboo Science》上，为竹材领域带来了新的曙光。

在研究过程中，研究人员运用了多种技术方法。首先是竹材的处理，他们选取了三年生的巨竹（D. asper），将其加工处理后，分成不同的处理组，包括未处理的对照组以及分别在 175°C 和 200°C 进行油热处理的实验组。接着，他们采用了 sessile drop 方法来评估胶粘剂在竹材表面的润湿性；通过将竹材切片进行层压，制备了用于测试的样品；利用万能试验机（UTM）进行了干、湿剪切强度测试，以探究胶粘剂的粘结性能；同时，运用统计分析方法，对实验数据进行深入分析。

下面来看具体的研究结果：

• 润湿性：研究人员发现，不同胶粘剂在 OHT 竹材上的润湿性差异明显。PUR 和 UF 在 OHT 竹材上的接触角显著降低，润湿性增强，这得益于 OHT 改变了竹材的化学组成，增加了表面能，还可能使表面粗糙度增加，为胶粘剂的附着提供了更多机会。而 PVAc 和 PF 则受 OHT 的影响较小，PVAc 的高粘度以及 PF 的高分子量限制了它们在处理后竹材表面的铺展和机械联锁。
• 粘结剪切强度：
  • 油热处理温度的影响：175°C 的油热处理对胶粘剂的粘结剪切强度（BSS）影响较小，而 200°C 处理时，BSS 明显下降。这是因为高温导致竹材细胞壁成分降解，提取物迁移到表面形成屏障，干扰了胶粘剂与竹材的粘结。在干态条件下，四种胶粘剂（PVAc、PUR、PF 和 UF）都能使处理后的巨竹条保持良好的粘结性能，满足标准要求。但在湿态测试中，只有 PVAc 未能达到最低粘结强度标准，这表明它不适合用于湿度高或易接触水的环境。
  • 竹条表面配对的影响：在干剪切测试中，外层 - 外层（O - O）配对的 BSS 最高，因为竹材外层结构更致密、光滑，有利于粘结。在湿剪切测试中，结构胶粘剂（如 PUR 和 PF）的 O - O 配对仍表现出较高的 BSS，而非结构胶粘剂则有不同的趋势。综合来看，O - O 配对适合胶合厚竹条，而内 - 外（I - O）配对在多层板中能提供更稳定、可预测的粘结强度。
  • 涂胶量的影响：对于 PUR、PF 和 UF，在 100 - 200 g/m2 的涂胶量范围内，BSS 没有显著差异。而 PVAc 在较高涂胶量（150 - 200 g/m2）下 BSS 有所提高。这意味着在生产中，对于多数胶粘剂，降低涂胶量可以节约成本、提高效率，但要根据胶粘剂和竹种的不同来确定最佳涂胶量。
  • 粘结剪切破坏类型：PVAc 在湿剪切条件下主要表现为胶粘剂失效，这与其水溶性和依赖较弱物理相互作用的特性有关，使其在潮湿环境中容易失效。而 UF、PF 和 PUR 表现出更好的耐水性，失效模式通常是胶粘剂界面失效和竹材内聚失效的组合，表明它们在界面处的粘结更强。不过，UF 的甲醛键在长期潮湿环境中可能降解，影响其耐久性，因此需要对这几种胶粘剂进行长期耐久性研究。
  • 胶粘剂的比较性能：综合评估，PUR 在干、湿剪切测试中粘结强度最高，PF 在湿剪切条件下也表现良好，二者都符合标准要求。PVAc 在湿剪切测试中表现最差，不适合用于潮湿环境。因此，在涉及 OHT 巨竹的应用中，尤其是可能接触水分的情况下，应优先选择 PUR 或 PF。
• 家具和手工艺品原型：研究人员用 OHT 竹材制作了家具和手工艺品原型，结果显示，用 PUR 粘结的 OHT 竹板在加工性能上与传统木材相当，这为竹材在家具行业的应用提供了有力支持，有望缓解木材资源压力，推动可持续发展。

综上所述，这项研究意义重大。它明确了不同胶粘剂在 OHT 巨竹上的胶合性能，为工程竹生产中胶粘剂的选择提供了科学依据。研究发现 PUR 和 PF 在不同环境下表现出色，而 PVAc 和 UF 存在局限性，这有助于生产企业根据产品的使用环境选择合适的胶粘剂。同时，对 OHT 温度、表面配对和涂胶量的研究，为优化工程竹的生产工艺提供了方向，在保证产品质量的同时，还能降低成本、提高效率。此外，通过制作原型产品，验证了 OHT 竹材在实际生产中的可行性，得到了企业的认可，为竹材在家具和建筑等行业的广泛应用奠定了基础，推动了竹材作为可持续替代材料的发展进程。未来，还需要进一步研究 OHT 竹材产品在不同环境下的长期耐久性，探索其在更多工程材料领域的应用潜力，让竹材这一绿色资源发挥更大的价值。