A Dragonfly Wing-InspiredMXene-Reinforced Soy ProteinAdhesive with Balanced Strength, Toughness, and Multifunctionality

胶粘剂 材料科学 韧性 复合材料 抗剪强度(土壤) 大豆蛋白 共价键 复合数 耐水性 粘接 剪切(地质) 织物 氢键 聚合物 纳米颗粒 分层(地质) 纳米尺度
作者
Fengxiang Cao,Grace Wu,Yecheng Xu,Qiufeng Wang,Zhen Fang,Zhuhui Qiao
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsapm.6c02350
摘要

Abstract Replacing petroleum-derived wood adhesives with soy protein isolate (SPI) offers a sustainable alternative, yet the practical application of SPI is severely hindered by its intrinsic poor water resistance and mechanical fragility. To overcome these drawbacks, we developed a high-performance biomimetic adhesive by embedding MXene-Ag nanostructures into a rigid SPI framework, replicating the efficient energy-dissipating architecture of dragonfly wings. This multiscale hierarchical architecture significantly enhances both strength and toughness. The interfacial bonding is robustly fortified through a dual-cross-linking strategy: alongside Schiff base and hydrogen bonds, the incorporation of 3-carboxyphenylboronic acid (CPBA) triggers the formation of dense amide and borate ester covalent networks. Consequently, the engineered adhesive exhibits exceptional water resistance and mechanical performance, achieving a dry shear strength of 2.01 MPa and a wet shear strength of 1.19 MPa (108.8% enhancement over pure SPI), meeting the requirements for interior use. Additionally, its fracture toughness reaches 0.359 J (a 312.6% increase). Furthermore, the synergistic effects of the composite matrix endow the adhesive with exceptional multifunctional properties, including prolonged mildew resistance for up to 110 days and enhanced fire resistance, evidenced by a 52.05% reduction in the peak heat release rate. This work provides a scalable and robust platform for designing multifunctional, biobased structural adhesives.
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