作者:靳军 严涛 来源:中国科学报 发布时间:2023/10/31 14:02:04
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杜仲胶功能材料开发取得新突破

 

近日,西北农林科技大学朱铭强研究员团队在杜仲胶功能材料开发研究上取得新突破,将杜仲胶提取纯度提高到99.0%以上,并测算出杜仲胶与丁腈橡胶、天然橡胶良好相容的条件值,以杜仲胶为基础开发出一种绿色高效电磁屏薄膜,为我国高端橡胶产业发展带来福音。相关成果分别发表在《国际生物大分子》和《工业作物和产品》上。

杜仲叶、皮与种子。

杜仲胶作为新型天然橡胶,是除三叶橡胶之外世界上最具开发前景的优质天然橡胶之一。杜仲胶独有的橡胶-塑料二重性使其在热塑性、热弹性和高弹性等功能材料和工程材料领域的应用前景日益凸显,国民经济和国防军工尤其已对杜仲胶在产量、品质、性能等方面提出迫切需求。

针对杜仲胶传统提取存在的成本高、效率低、纯度差、溶剂污染环境等问题,朱铭强研究员团队首次建立了基于含胶器官中杜仲胶及木质纤维素的全组分成分分析方法,系统分析了杜仲叶、皮、种子中杜仲胶及木质纤维素组成及含量,提出了绿色低共熔溶剂耦合生物法清洁提取杜仲胶新途径。

朱铭强团队开发的低共熔溶剂耦合生物法清洁提取杜仲胶新技术示意图。(图片均由论文课题组提供)

研究发现,低共熔溶剂可有效解离籽壳细胞壁木质素、半纤维素组分,促进纤维素酶解,提升杜仲胶分离效率。与机械粉碎、碱处理等杜仲胶传统提取方法相比,新方法杜仲胶提取效率大幅提升,杜仲胶产率、纯度分别达到91.0%和99.0%以上。同时,处理过程中可获得纳米木质素、可发酵糖等增值组分。

基于上游清洁高效提取所得杜仲胶,研究团队采用分子动力学方法,预测了杜仲胶与丁腈橡胶、杜仲胶与天然橡胶的相容性。结果表明,当杜仲胶含量小于50%时,杜仲胶和丁腈橡胶在398开氏温度下具有良好的共混性能,杜仲胶和天然橡胶在350 开氏温度下具有良好的共混性能。团队因此提出了一种杜仲胶复合丁腈橡胶胶或天然橡的共混硫化工艺。研究发现,与传统橡胶产品相比,该共混硫化工艺所得混炼胶具有更优异的抗老化性能、抗屈挠性能、耐磨性、疏水性等。

利用杜仲胶的优异性能,团队结合自创固化技术体系,采用磁性填料——锰锌铁氧体中空微球和导电填料——超导炭黑,通过热压成型工艺开发了兼顾耐磨性、疏水性和抗腐蚀性能的杜仲胶基绿色高效电磁屏薄膜,其电磁干扰屏蔽效率大于80分贝。通过复磁导率、复介电常数和电磁干扰屏蔽效率计算等手段,团队揭示了该材料以介电损耗为主导,协同磁损耗的电磁干扰屏蔽机制。

以上研究结果,为杜仲胶清洁高效规模化提取分离提供了技术支撑,为以杜仲胶为聚合物基体,在新能源汽车、雷达信号屏蔽、柔性可穿戴设备等新型应用场合开发多功能电磁干扰屏蔽产品提供了理论支持。

相关论文信息: 

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127221

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.117255

 
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