科研进展

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中心王钟副教授与合作者在生物基胶黏剂耐水胶接领域取得进展

近日,中心王钟副教授与合作者在生物基胶黏剂仿生增效耐水胶接领域取得进展。相关工作分别以题为“Facile Biomimetic Self-Coacervation of Tannic Acid and Polycation: Tough and Wide pH Range of Underwater Adhesives”及“Dual-Network Nanocross-linking Strategy to Improve Bulk Mechanical and Water-Resistant Adhesion Properties of Biobased Wood Adhesives”发表在工程技术领域一区TOP期刊《Chemical Engineering Journal》(IF=10.652)和化学领域一区TOP期刊《ACS Sustainable Chemistry&Engineering》(IF=7.632)上,王钟副教授为论文第一作者,北京林业大学木材胶黏剂涂料团队张世锋教授和李建章教授为通讯作者。

随着经济社会发展水平的提高,人们对健康越来越重视,环保型木材胶黏剂是解决人造板及其制品甲醛污染问题、改善人居环境空气质量的关键,其中无醛植物蛋白胶黏剂技术已经进行了工业化应用推广。然而,在实际生产应用中严重受限于其耐水胶接强度低、预压性能差等技术难题。针对这一问题,团队提出了基于贻贝仿生的聚电解质凝聚湿态胶接的概念,即利用儿茶酚功能化聚电解质的特性,采用廉价易得的单宁酸(TA)和阳离子聚酰胺环氧氯丙烷(PAE)通过静电和多重氢键的协同作用进行原位自凝聚化,一步构建在水下稳健粘附多种基材的复凝聚体凝胶(TAPA)。相比传统基于儿茶酚化学的水下粘合剂,该体系具有制备工艺极其简单易放大、成本优势显著,粘接强度不仅能在高盐、酸性环境下稳定发挥,且在碱性服役条件下不断强化的特点。这种新型的设计策略为通过蛋白质阴阳离子聚电解质凝聚机理实现湿态胶接提供了一种切实可行的方法。



进一步研究发现,儿茶酚基元在胶黏剂热固化过程中极易因氧化而丧失耐水粘附特性,团队从优化植物蛋白交联固化网络出发,提出了双功能纳米交联剂强化机理的新概念,选用儿茶酚和醛基功能化的纳米纤维素的交联剂对大豆蛋白基体进行多重交联,通过席夫碱共价键合和邻苯二酚化学的协同作用来提高胶黏剂内聚力和保障耐水强粘合。该项工作对于仿生多网络增强胶黏剂网络和提高粘接强度,克服单一网络在服役过程中胶接效力劣化的问题,实现植物蛋白胶黏剂在高含水率条件下稳健的木质基材粘接。


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