Fabrication of strong and tough multifunctional soy protein adhesives via constructing catechol-iron ion fiber-reinforced hierarchical structure inspired by mussel byssus

胶粘剂 材料科学 复合材料 抗剪强度(土壤) 韧性 单宁酸 纤维 化学工程 化学 有机化学 环境科学 工程类 土壤科学 土壤水分 图层(电子)
作者
Zhiwei Chang,Yu‐Lin Shen,Junfang Xue,Sun Yi,Shifeng Zhang
出处
期刊:Industrial Crops and Products [Elsevier]
卷期号:202: 116992-116992 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.indcrop.2023.116992
摘要

It is challenging to prepare strong and tough soy protein (SP) adhesives with multifunction to replace formaldehyde-based adhesives. Herein, inspired by the catechol-iron ion (Fe3+) fiber-reinforced hierarchical structure of the mussel byssus, the tannic acid-functionalized cellulose nanofiber (CNF-TA) was used to mimic the fibrous core and catechol derivative, ferric chloride mimicked the Fe3+, and the SP mimicked the protein matrix in the mussel byssus to fabricate a multifunctional SP adhesive with high strength and toughness. Due to the construction of a stable fiber-reinforced covalent crosslinked network, along with the energy dissipation of sacrificial coordination and hydrogen bonds, the dry shear strength and fracture toughness increased by 130.6% and 247.1% to 2.49 MPa and 1.18 MJ m−2, respectively. Furthermore, the water-resistant wet shear strength rose by 264.1% to 1.42 MPa benefiting from the stable crosslinked structure. The Fe3+-induced organic-inorganic hybrid structure imparted the adhesive with outstanding flame retardance. Moreover, the adhesive also exhibited excellent antibacterial properties, mildew resistance, and oxidation resistance. This research offers a viable biomimetic method for fabricating multifunctional high-performance bio-based adhesives, hydrogels, and composites.
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