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西南林大杜官本/楊龍團(tuán)隊(duì) CEJ：纏結(jié)交聯(lián)、生物礦化以及快速凝膠策略構(gòu)建全生物基納米纖維素多重黏附網(wǎng)絡(luò)型粘合劑
2023-04-14  來(lái)源：高分子科技
  當(dāng)前，由于缺乏能夠同時(shí)滿足堅(jiān)固性、內(nèi)聚力和耐水性要求的多尺度層級(jí)結(jié)構(gòu)，自下而上的構(gòu)建高性能全生物基粘合劑的方法仍然存在較大挑戰(zhàn)。同時(shí)以可再生生物質(zhì)資源為原料，開(kāi)發(fā)市場(chǎng)前景廣闊、環(huán)境友好的高值生物基粘合劑和生物基新材料，是國(guó)際林農(nóng)業(yè)和生物質(zhì)新材料等領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。近日，西南林業(yè)大學(xué)杜官本教授/楊龍研究員團(tuán)隊(duì)提出通過(guò)"纏結(jié)交聯(lián)+生物礦化+快速凝膠"創(chuàng)新策略和思路，開(kāi)發(fā)了一種全生物基納米纖維素粘合劑。首先，通過(guò)氧化和取代反應(yīng)，利用微晶纖維素分別制備了醛功能化納米纖維素(DAC)和胺功能化納米纖維素(AC)。進(jìn)一步，通過(guò)使用四乙氧基硅烷(TEOS)作為前驅(qū)體，通過(guò)溶膠-凝膠法在纖維素模板上誘導(dǎo)SiO2的原位生長(zhǎng)和沉積，啟發(fā)于生物礦化構(gòu)建了一個(gè)具有剛性骨架的纖維素框架(AC@SiO2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外，通過(guò)DAC和AC@SiO2納米膠體溶液之間的"纏結(jié)交聯(lián)+快速凝膠"策略，在室溫下15秒內(nèi)可快速凝膠形成具有層級(jí)結(jié)構(gòu)的DAC/AC@SiO2納米纖維素凝膠材料。相關(guān)研究成果以“Cross-linked entanglement of aldehyde and amine-functionalized nanocellulose reinforced with biomineralization to produce an all-bio-based adhesive”為題發(fā)表在化工領(lǐng)域著名期刊Chemical Engineering Journal（一區(qū)，IF：16.744）上。論文的通訊作者為楊龍研究員、杜官本教授和冉鑫副研究員，第一作者為楊龍研究員課題組2020級(jí)碩士研究生倪科路同學(xué)。 


圖1 纏結(jié)交聯(lián)、生物礦化及快速凝膠策略構(gòu)建納米纖維素粘合劑示意圖。 


圖2 官能化納米纖維素的合成及膠體分散體系制備。


 圖3 官能化納米纖維素的表征。


 圖4 生物礦化納米纖維素的制備表征。


 圖5納米纖維素體系的纏結(jié)交聯(lián)與快速凝膠過(guò)程及其交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)示意圖。 


圖6納米纖維素纏結(jié)交聯(lián)與快速凝膠材料的表征。


 圖7納米纖維素纏結(jié)交聯(lián)與快速凝膠材料的木材粘接性能


  納米纖維素多重纏結(jié)凝膠網(wǎng)絡(luò)通過(guò)亞胺鍵、半縮醛鍵、氫鍵、疏水相互作用和纖維素鏈之間的纏結(jié)獲得了內(nèi)聚力，導(dǎo)致了增強(qiáng)和增韌的粘合性能。這種基于可持續(xù)生物質(zhì)原料和快速簡(jiǎn)便策略制備的具有多重交聯(lián)纏結(jié)相互作用力的納米纖維素凝膠態(tài)粘合劑具有優(yōu)異的粘接性能，其干/濕膠合強(qiáng)度可達(dá)2.05和1.26 MPa，在木材膠合板領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上/地區(qū)項(xiàng)目、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)/優(yōu)青項(xiàng)目、全國(guó)博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、云南省高層次人才培養(yǎng)支持計(jì)劃“青年拔尖人才”、云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才的資助。


  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723016194 

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