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天科大戴林、司傳領(lǐng)團(tuán)隊(duì) CEJ:多酚木質(zhì)素構(gòu)建高強(qiáng)度/寬溫適應(yīng)性/光熱成型Vitrimer膠黏劑
2023-11-09  來(lái)源:高分子科技

  工業(yè)膠黏劑應(yīng)用廣泛,其生產(chǎn)量和消費(fèi)量巨大。傳統(tǒng)的膠黏劑工業(yè)對(duì)石化原料依賴(lài)度較高,隨著能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重,開(kāi)發(fā)可再生替代原料、設(shè)計(jì)具有重復(fù)使用性能的膠黏劑勢(shì)在必行。木質(zhì)素是制漿造紙、生物質(zhì)精煉工業(yè)的主要副產(chǎn)物,其天然多酚結(jié)構(gòu)具有一定的粘附性能,被認(rèn)為是開(kāi)發(fā)綠色膠黏劑的最理想原料之一。但常見(jiàn)的工業(yè)木質(zhì)素通常經(jīng)歷劇烈的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,分子結(jié)構(gòu)高度縮合、反應(yīng)活性較差,難以制得具有高強(qiáng)度的膠黏材料。而通過(guò)進(jìn)一步化學(xué)改性獲得的高強(qiáng)度木質(zhì)素膠黏劑,通常依賴(lài)穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高粘合強(qiáng)度和可重復(fù)使用性。



  基于以上問(wèn)題,天津科技大學(xué)戴林、司傳領(lǐng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種多酚木質(zhì)素大分子材料,基于共價(jià)適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò),制備了具有動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的多酚木質(zhì)素類(lèi)玻璃高分子vitrimer膠黏劑。該膠黏劑表現(xiàn)出出色的粘附性能,其木材粘合強(qiáng)度高達(dá)12.87 MPa且擁有寬溫適應(yīng)性(-196 oC~100 oC)、良好的耐溶劑能力及可重復(fù)使用性。木質(zhì)素組分具有的良好光熱轉(zhuǎn)化性能,使膠黏劑在一定光強(qiáng)的作用下即可實(shí)現(xiàn)可逆回收與成型。該研究為綠色環(huán)保高強(qiáng)度膠黏劑的設(shè)計(jì)及工業(yè)木質(zhì)素的高質(zhì)化應(yīng)用提供了很好的思路。 


1木質(zhì)素的提取酚化及多酚木質(zhì)素vitrimer的合成路線(xiàn)。


  該研究以玉米芯木糖渣為原料,通過(guò)醛輔助分餾提取木質(zhì)素,隨后對(duì)其進(jìn)行多酚改性,最后將酚化木質(zhì)素和三(乙二醇)二乙烯基醚(DVE-3混合制得多酚木質(zhì)素vitrimer膠黏劑。通過(guò)核磁共振(1H NMR)光譜和紅外(FT-IR)光譜,結(jié)合31P-NMR分析了木質(zhì)素改性前后的變化,確定了多酚木質(zhì)素的分子結(jié)構(gòu)。改性后的木質(zhì)素酚羥基可達(dá)到7.94 mmol/g 


2多酚木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)與改性表征。 


 3多酚木質(zhì)素的31P-NMR光譜和酚羥基含量。


  FT-IRTGADSC結(jié)果表明,再生后的多酚木質(zhì)素vitrimer結(jié)構(gòu)無(wú)明顯變化,顯示了其良好的熱穩(wěn)定性和重復(fù)利用性。 


 4.多酚木質(zhì)素vitrimer結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性及回收過(guò)程。


  多酚木質(zhì)素vitrimer具有良好的光熱轉(zhuǎn)換能力,在八次光熱循環(huán)中表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化穩(wěn)定性。作者創(chuàng)新性利用光控加熱的方法實(shí)現(xiàn)多酚木質(zhì)素vitrimer的回收及再成型。 


 5.多酚木質(zhì)素vitrimer的光熱轉(zhuǎn)化性能表征。


  通過(guò)搭接剪切試驗(yàn)全面評(píng)估了多酚木質(zhì)素vitrimer膠黏劑的粘合性能。使用多酚木質(zhì)素vitrimer粘合的木板(7.5 × 20 mm2)可承受體重接近100 kg的成年人。在木材粘合強(qiáng)度方面超越了大部分vitrimer膠黏劑 


 6多酚木質(zhì)素vitrimer的粘附性能檢測(cè)。


  該多酚木質(zhì)素vitrimer可以重復(fù)使用多次而不會(huì)造成明顯的機(jī)械性能損失。此外,與其他膠黏材料相比,該多酚木質(zhì)素vitrimer重復(fù)使用性、耐溶劑性、熱穩(wěn)定性和耐低溫性等方面均表現(xiàn)突出。 


 7木質(zhì)素基vitrimer膠黏劑的環(huán)境適應(yīng)性研究。


  相關(guān)成果以“Green and ultrastrong polyphenol lignin-based vitrimer adhesive with photothermal conversion property, wide temperature adaptability, and solvent resistance為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal上,天津科技大學(xué)碩士研究生楊妍帆為該工作的第一作者,戴林司傳領(lǐng)為通訊作者。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147216

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