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北京林業(yè)大學(xué)高強教授團隊《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 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：豆粕膠黏劑刷狀聚合物有機無機雜化交聯(lián) 增韌阻燃多功能

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教授團隊以“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）。針對豆粕膠黏劑初黏性差、制備人造板阻燃性能差等關(guān)鍵問題。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)計合成具有結(jié)構(gòu)黏附特性的以鄰苯二酚基團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無機雜化交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在提高膠黏劑初黏性的同時對膠黏劑增強增韌，并賦予膠黏劑高效阻燃性能，開發(fā)出一種具有高強度、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）不同膠黏劑搭接強度

與SF膠黏劑相比，SF@Ca/TGA/ADD膠黏劑搭接剪切強度從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，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)機理圖

圖4.（a）膠合板試驗過程；（b）SF@Ca/TGA/ADD 膠黏劑膠合強度；（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)膠合強度試驗時 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、濕膠合強度分別提高了118.8%和750%。同時，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裂紋出現(xiàn)。這歸因于磷酸鈣的物理增強作用，刷狀聚合物的內(nèi)增韌作用和有機無機雜化體系對內(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；（c）液體膠黏劑中細菌和霉菌菌落測定

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，對膠黏劑燃燒后碳層進行拉曼光譜和XPS光譜測試，改性膠黏劑中石墨化碳結(jié)構(gòu)增加，含氧官能團減少，表明有機無機雜化結(jié)構(gòu)構(gòu)建，通過氮磷協(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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