受胶原蛋白启发的分阶段预固化单宁酸基生物胶粘剂用于高性能芦苇纤维复合材料

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Collagen-maturation-inspired pre-curing association and thermal network development of a tannic acid-based adhesive for reed composites

　　

摘要

纤维复合材料实用生物基胶粘剂需要具备低粘度加工性、高效固化以及持久粘结性能。受胶原蛋白依次缔合与稳定化过程的启发，本研究通过分阶段预固化缔合，继而利用热诱导网络发展，开发了一种基于单宁酸的胶粘剂。单宁酸（TA）、柠檬酸-葡萄糖预聚合物（CABP）以及胺端支化聚合物/戊二醛复合体（HBPA/GA）分别提供酚羟基、羟基/羧基和含氨基活性位点，同时HBPA/GA调节未固化的胶体状态。光谱学、胶体学和流变学分析表明，在热压前存在依赖于配方的氢键作用、离子缔合和胶体聚集现象，同时在固化过程中酯类和酰胺类化学环境发生变化。在所研究的固化条件下，含HBPA/GA的配方与TA@CABP对照组相比，表现出更高的凝胶分数、更低的平衡溶胀率和更显著的粘弹性网络发展。在140 ℃下压制15 min制备的芦苇纤维复合材料，其抗弯强度达到63 MPa，抗弯模量为10.31 GPa，内结合强度为0.60 MPa，抗拉强度为62 MPa，24 h厚度膨胀率为14.87%。与TA@CABP对照组相比，平均抗弯强度和内结合强度分别提高了103%和140%。在60 wt%固含量条件下，室温放置30 d后粘度从241 mPa·s增加到832 mPa·s。稀释至15 wt%固含量可改善短期操作性能，但延长储存时间会降低储存后的板材性能。从摇篮到大门的评估表明，与脲醛树脂相比，其模拟环境影响总体上较低。总体而言，这种以加工为导向的策略为开发用于室内制品、建筑材料、包装和交通部件的高性能芦苇纤维复合材料提供了基础。