可水下3D打印的膠黏劑！北林教授開發(fā)出仿生多功能大豆蛋白基材料水下膠粘劑

來源：高分子科技

水下膠黏劑在運輸、建筑、海洋、醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)水基膠黏劑（脲醛樹脂、酚醛樹脂、聚醋酸乙烯酯、淀粉基膠黏劑等）不能作為水下膠接材料使用。一方面，基材表面水合層阻止膠黏劑與基材表面接觸，膠黏劑難以水下粘附基材；另一方面，傳統(tǒng)膠黏劑難以水下固化，不能產(chǎn)生內(nèi)聚力。因此，利用植物蛋白制備多功能水下膠黏劑是一項重要且具有挑戰(zhàn)性的工作。此方面的研究，有利于解決木材加工行業(yè)膠黏劑對高含水率單板涂布與預(yù)壓性能差的問題。

基于上述需求，高強教授團隊受貽貝和牡蠣的啟發(fā)，通過開環(huán)接枝和自由基聚合反應(yīng)設(shè)計合成一種大豆蛋白基水下膠黏劑（USPI-CaO）。首先，將1,2-環(huán)氧-9-癸烯（A）接枝到大豆蛋白（SPI）上得到帶有不飽和雙鍵的改性大豆蛋白（ASPI）。然后，將生物漆酚（U）作為鄰苯二酚基團的天然來源，通過自由基聚合反應(yīng)接枝到ASPI上，得到有水下粘附性的USPI。最后，將氧化鈣（CaO）與USPI混合，得到有水下固化能力的USPI-CaO。

圖1. USPI-CaO合成及水下膠接機制。

研究表明，USPI-CaO具有良好的水下粘附、抗沖洗和密封性。USPI-CaO在水下可以粘附低表面能材料（聚四氟乙烯）、極性材料（聚氨酯和塑料泡沫）、有機生物材料（豬皮）和非金屬材料（氧化鋁陶瓷），在水下的密封和修復(fù)、傷口敷料和可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

圖2. 材料狀態(tài)及水下粘附行為。

研究表明，USPI-CaO在不同水環(huán)境下（pH=5或9的蒸餾水、模擬海水、有機溶劑、鐵離子溶液、T = 3-90 ℃ 的自來水等）對不同材料（玻璃、金屬、PVA、亞克力、木材、陶瓷等）以及異性材料均表現(xiàn)出強的水下膠接性能，水下膠接強度可達到758 KPa，可適用于復(fù)雜的環(huán)境，包括酸、堿和腐蝕性等環(huán)境。

圖3. USPI-CaO的水下膠接行為。

USPI-CaO可利用模具加工成不同形狀、水下多維組裝與加工，在水下建筑、水下3D打印、水下精細加工等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。同時USPI-CaO還具有良好的抗菌、防霉和防火性能。

圖 4. 材料的水下可加工、水下3D打印和水下精細加工性能。

圖5. 材料的抗菌、防霉、防火性能。

該研究成果發(fā)表在國際雜志Chemical Engineering Journal上，論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)院博士生李玥，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。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133017