可水下3D打印的胶黏剂！北林教授开发出仿生多功能大豆蛋白基材料水下胶粘剂

来源：高分子科技

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