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北京林業(yè)大學(xué)高強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)《Chem. Eng. J.》：具有優(yōu)異涂布、防霉、阻燃性能的多功能大豆蛋白膠黏劑
2022-08-05  來(lái)源：高分子科技

  近期，北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院木質(zhì)復(fù)合材料與膠黏劑課題組高強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)以“An easy-coating, versatile, and strong soy flour adhesive via a biomineralized structure combined with a biomimetic brush-like polymer”為題，在《Chemical Engineering Journal》期刊發(fā)表了研究論文（DOI: 10.1016/j.cej.2022.138387）。針對(duì)豆粕膠黏劑初黏性差、制備人造板阻燃性能差等關(guān)鍵問(wèn)題。受壁虎腳掌刷狀黏附結(jié)構(gòu)與貽貝蛋白成分黏附啟發(fā)，設(shè)計(jì)合成具有結(jié)構(gòu)黏附特性的以鄰苯二酚基團(tuán)為端基的刷狀聚合物（ADD），在豆粕表面原位沉積Ca3(PO4)2作為生物礦化模板，協(xié)同刷狀聚合物構(gòu)建仿牡蠣高性能有機(jī)無(wú)機(jī)雜化交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在提高膠黏劑初黏性的同時(shí)對(duì)膠黏劑增強(qiáng)增韌，并賦予膠黏劑高效阻燃性能，開發(fā)出一種具有高強(qiáng)度、良好初黏性、防霉性能和阻燃性能的多功能豆粕膠黏劑。這種仿生策略為開發(fā)高性能和多功能復(fù)合材料(如水凝膠、組織材料和生物薄膜)提供了一種創(chuàng)造性新思路和新方法。


圖1. ADAS、ADD和SF@Ca溶液合成過(guò)程


圖2.（a）SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑流變學(xué)分析和（b）涂布性能（c）不同膠黏劑搭接強(qiáng)度


  與SF膠黏劑相比，SF@Ca/TGA/ADD膠黏劑搭接剪切強(qiáng)度從57.42 KPa提高到151.2 5KPa，顯著提高236.1%，表明膠黏劑初黏性顯著提高。同時(shí)，改性膠黏劑涂布性能得到顯著改善，表現(xiàn)為涂覆表面均勻，膠輥殘留量明顯減少，膠層膠線分布緊密且連續(xù)。

 

圖3. SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑的制備及反應(yīng)機(jī)理圖


圖4.（a）膠合板試驗(yàn)過(guò)程；（b）SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑膠合強(qiáng)度；（c）和（d）SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑紅外光譜；（e）SF@Ca/TGA 膠黏劑 EDS 能譜數(shù)據(jù)包括 C, O, Ca, P


圖5.（a）濕態(tài)膠合強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí) SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑的力-距離曲線，曲線積分面積為膠合功；（b）SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑韌性評(píng)估；（c）和（c1）SF；（d）和（d1）SF/TGA；（e）和 （e1）SF@Ca/TGA；（f）和（f1）SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑 SEM 形貌


  與SF膠黏劑相比，SF@Ca/TGA/ADD膠黏劑制備膠合板的干、濕膠合強(qiáng)度分別提高了118.8%和750%。同時(shí)，膠黏劑膠合功從0.31 J增加到4.04 J。改性膠黏劑膠層表面無(wú)裂紋出現(xiàn)。這歸因于磷酸鈣的物理增強(qiáng)作用，刷狀聚合物的內(nèi)增韌作用和有機(jī)無(wú)機(jī)雜化體系對(duì)內(nèi)應(yīng)力的分散作用，使改性膠黏劑韌性明顯提高。

 

圖6.（a）液體膠黏劑和（b）固化膠黏劑防霉試驗(yàn)；（c）液體膠黏劑中細(xì)菌和霉菌菌落測(cè)定


  與SF膠黏劑相比，濕態(tài)SF@Ca/TGA/ADD膠黏劑放置7 d后、固化后膠黏劑粉末放置10 d后仍未觀察到霉變現(xiàn)象。這是由于席夫堿化合物的廣譜抗菌性以及刷狀聚合物中化合物（DBA）結(jié)構(gòu)的天然抗菌活性賦予改性膠黏劑優(yōu)良的抗菌和防霉性能。


圖7. SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑（a）TGA 和 DTG 曲線；（b）LOI 值；（c）HRR 和 THR 曲線

 

圖8.（a）SF/TGA，（b）SF@Ca/TGA 和（c）SF@Ca/TA/ADD 膠黏劑燃燒殘?zhí)康睦庾V；（d）SF/TGA，（e）SF@Ca/TGA 和（f）SF@Ca/TA/ADD 膠黏劑燃燒殘?zhí)康?nbsp;C1s XPS 光譜


  與SF膠黏劑相比，改性SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑的極限氧指數(shù)（LOI）從26.4%提高到30.1%。膠黏劑熱釋放率（HRR）和總熱釋放率（THR）分別降低到51.53 W/g 和 6.3 KJ/g。同時(shí)，對(duì)膠黏劑燃燒后碳層進(jìn)行拉曼光譜和XPS光譜測(cè)試，改性膠黏劑中石墨化碳結(jié)構(gòu)增加，含氧官能團(tuán)減少，表明有機(jī)無(wú)機(jī)雜化結(jié)構(gòu)構(gòu)建，通過(guò)氮磷協(xié)同作用，在體系中形成碳化層，有效提高了膠黏劑阻燃性能。


  本文第一作者為北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士研究生張婕妤，通訊作者為北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院高強(qiáng)教授，北京林業(yè)大學(xué)為第一和通訊單位。


  原文鏈接：https://authors.elsevier.com/c/1fX9i4x7R2ccki

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（責(zé)任編輯：xu）
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