西南林大杜官本/杨龙团队 CEJ：缠结交联、生物矿化以及快速凝胶策略构建全生物基纳米纤维素多重黏附网络型粘合剂

2023-04-14 来源：高分子科技

当前，由于缺乏能够同时满足坚固性、内聚力和耐水性要求的多尺度层级结构，自下而上的构建高性能全生物基粘合剂的方法仍然存在较大挑战。同时以可再生生物质资源为原料，开发市场前景广阔、环境友好的高值生物基粘合剂和生物基新材料，是国际林农业和生物质新材料等领域发展的重要方向。近日，西南林业大学杜官本教授/杨龙研究员团队提出通过"缠结交联+生物矿化+快速凝胶"创新策略和思路，开发了一种全生物基纳米纤维素粘合剂。首先，通过氧化和取代反应，利用微晶纤维素分别制备了醛功能化纳米纤维素(DAC)和胺功能化纳米纤维素(AC)。进一步，通过使用四乙氧基硅烷(TEOS)作为前驱体，通过溶胶-凝胶法在纤维素模板上诱导SiO₂的原位生长和沉积，启发于生物矿化构建了一个具有刚性骨架的纤维素框架(AC@SiO₂)网络结构。此外，通过DAC和AC@SiO₂纳米胶体溶液之间的"缠结交联+快速凝胶"策略，在室温下15秒内可快速凝胶形成具有层级结构的DAC/AC@SiO₂纳米纤维素凝胶材料。相关研究成果以“Cross-linked entanglement of aldehyde and amine-functionalized nanocellulose reinforced with biomineralization to produce an all-bio-based adhesive”为题发表在化工领域著名期刊Chemical Engineering Journal（一区，IF：16.744）上。论文的通讯作者为杨龙研究员、杜官本教授和冉鑫副研究员，第一作者为杨龙研究员课题组2020级硕士研究生倪科路同学。

图1 缠结交联、生物矿化及快速凝胶策略构建纳米纤维素粘合剂示意图。

图2 官能化纳米纤维素的合成及胶体分散体系制备。

图3 官能化纳米纤维素的表征。

图4 生物矿化纳米纤维素的制备表征。

图5纳米纤维素体系的缠结交联与快速凝胶过程及其交联网络示意图。

图6纳米纤维素缠结交联与快速凝胶材料的表征。

图7纳米纤维素缠结交联与快速凝胶材料的木材粘接性能

纳米纤维素多重缠结凝胶网络通过亚胺键、半缩醛键、氢键、疏水相互作用和纤维素链之间的缠结获得了内聚力，导致了增强和增韧的粘合性能。这种基于可持续生物质原料和快速简便策略制备的具有多重交联缠结相互作用力的纳米纤维素凝胶态粘合剂具有优异的粘接性能，其干/湿胶合强度可达2.05和1.26 MPa，在木材胶合板领域具有较大的应用潜力。上述工作得到了国家自然科学基金面上/地区项目、云南省基础研究计划重点/优青项目、全国博士后创新人才支持计划、云南省高层次人才培养支持计划“青年拔尖人才”、云南省中青年学术和技术带头人后备人才的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723016194

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（责任编辑：xu）

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