北林木材胶黏剂团队高强教授CEJ：一种仿生多功能大豆蛋白基材料-从强水下胶接到3D打印
水下胶黏剂在运输、建筑、海洋、医疗等领域有广泛应用。传统水基胶黏剂（脲醛树脂、酚醛树脂、聚醋酸乙烯酯、淀粉基胶黏剂等）不能作为水下胶接材料使用。一方面，基材表面水合层阻止胶黏剂与基材表面接触，胶黏剂难以水下粘附基材；另一方面，传统胶黏剂难以水下固化，不能产生内聚力。因此，利用植物蛋白制备多功能水下胶黏剂是一项重要且具有挑战性的工作。此方面的研究，有利于解决木材加工行业胶黏剂对高含水率单板涂布与预压性能差的问题。
基于上述需求，高强教授团队受贻贝和牡蛎的启发，通过开环接枝和自由基聚合反应设计合成一种大豆蛋白基水下胶黏剂（USPI-CaO）。首先，将1,2-环氧-9-癸烯（A）接枝到大豆蛋白（SPI）上得到带有不饱和双键的改性大豆蛋白（ASPI）。然后，将生物漆酚（U）作为邻苯二酚基团的天然来源，通过自由基聚合反应接枝到ASPI上，得到有水下粘附性的USPI。最后，将氧化钙（CaO）与USPI混合，得到有水下固化能力的USPI-CaO。
图1. USPI-CaO合成及水下胶接机制。
研究表明，USPI-CaO具有良好的水下粘附、抗冲洗和密封性。USPI-CaO在水下可以粘附低表面能材料（聚四氟乙烯）、极性材料（聚氨酯和塑料泡沫）、有机生物材料（猪皮）和非金属材料（氧化铝陶瓷），在水下的密封和修复、伤口敷料和可穿戴电子设备领域具有潜在的应用前景。
图2. 材料状态及水下粘附行为。
研究表明，USPI-CaO在不同水环境下（pH=5或9的蒸馏水、模拟海水、有机溶剂、铁离子溶液、T = 3-90 ℃ 的自来水等）对不同材料（玻璃、金属、PVA、亚克力、木材、陶瓷等）以及异性材料均表现出强的水下胶接性能，水下胶接强度可达到758 KPa，可适用于复杂的环境，包括酸、碱和腐蚀性等环境。
图3. USPI-CaO的水下胶接行为。
USPI-CaO可利用模具加工成不同形状、水下多维组装与加工，在水下建筑、水下3D打印、水下精细加工等领域具有潜在的应用前景。同时USPI-CaO还具有良好的抗菌、防霉和防火性能。
图 4. 材料的水下可加工、水下3D打印和水下精细加工性能。
图5. 材料的抗菌、防霉、防火性能。
该研究成果发表在国际杂志Chemical Engineering Journal上，论文第一作者为北京林业大学材料科学与技术学院博士生李玥，通讯作者为北京林业大学材料科学与技术学院高强教授。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133017
相关进展
江南大学马丕明教授课题组《CEJ》：耐水/防火生物基粘接材料的构建及应用
苏州大学严锋教授与南京大学王晓亮教授合作Angew ：受结冰启发的基于有机离子晶体的高强度可逆胶粘剂
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多