林产化学与工业 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (3): 45-51.doi: 10.3969/j.issn.0253-2417.2020.03.006
南静娅1,张盖同1,王利军1,储富祥1,2,王春鹏1,2,*()
收稿日期:
2019-11-15
出版日期:
2020-06-28
发布日期:
2020-06-29
通讯作者:
王春鹏
E-mail:wangcpg@163.com
作者简介:
南静娅(1988-),女,山西运城人,助理研究员,博士生,主要从事生物基功能材料的研究工作
基金资助:
Jingya NAN1,Gaitong ZHANG1,Lijun WANG1,Fuxiang CHU1,2,Chunpeng WANG1,2,*()
Received:
2019-11-15
Online:
2020-06-28
Published:
2020-06-29
Contact:
Chunpeng WANG
E-mail:wangcpg@163.com
摘要:
以大豆蛋白(SPI)和丙烯酰胺(AAm)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为共价交联剂、CaCl2为离子交联剂、N,N,N',N'-四亚甲基乙二胺(TEMED)为促进剂,制备了一种新型的大豆蛋白/聚丙烯酰胺(SPI/PAAm)复合水凝胶,分析了其结构和力学性能,并研究了其作用机制。结果表明:该复合水凝胶具有离子交联的大豆蛋白聚合物网络和共价交联的聚丙烯酰胺聚合物网络组成的双网络结构,其中,大豆蛋白离子交联网络用于分散外应力和耗散能量,聚丙烯酰胺共价交联网络用于保持形状。双网络结构的协同作用,赋予了水凝胶高弹性、高压缩性及抗疲劳特性。对水凝胶的形貌分析发现:该水凝胶呈现均匀的网孔结构,大豆蛋白均匀分布在复合水凝胶内部。对水凝胶的力学性能分析表明:该水凝胶表现出高弹性和高压缩性能,在经历80%的压缩应变循环压缩10次过程中,可迅速回复到初始状态,而不发生塑性变形和结构破坏;同时还具有优异的韧性和抗疲劳特性,在分别经历20%、50%及80%的压缩应变循环压缩100次后仍可保持形状完整,应力保持率分别为90%、95%和104%,塑性变形率分别为3.1%、5.9%和8.4%,能量损耗系数< 0.3。
中图分类号:
南静娅,张盖同,王利军,储富祥,王春鹏. 大豆蛋白/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备及压缩回弹性能研究[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 45-51.
Jingya NAN,Gaitong ZHANG,Lijun WANG,Fuxiang CHU,Chunpeng WANG. Preparation and Compression-resilience Property of Soybean Protein/Polyacrylamide Composite Hydrogels[J]. Chemistry and Industry of Forest Products, 2020, 40(3): 45-51.
表1
不同反应物配比制备的大豆蛋白/聚丙烯酰胺复合水凝胶"
样品 samples | AAm/g | SPI/g | MBAA/mg | APS/mg | TEMED/mg | CaCl2/mg | H2O/mL |
S8-M0.3-Ca15 | 3.45 | 0.3 | 10.35 | 20.7 | 8.625 | 45 | 15 |
S16-M0.3-Ca15 | 3.15 | 0.6 | 9.45 | 18.9 | 7.875 | 90 | 15 |
S32-M0.3-Ca15 | 2.55 | 1.2 | 7.65 | 15.3 | 6.375 | 180 | 15 |
S40-M0.3-Ca15 | 2.25 | 1.5 | 6.75 | 13.5 | 5.625 | 225 | 15 |
S16-M0.1-Ca15 | 3.15 | 0.6 | 3.15 | 18.9 | 7.875 | 90 | 15 |
S16-M0.5-Ca15 | 3.15 | 0.6 | 15.75 | 18.9 | 7.875 | 90 | 15 |
S16-M0.3-Ca5 | 3.15 | 0.6 | 9.45 | 18.9 | 7.875 | 90 | 15 |
S16-M0.3-Ca10 | 3.15 | 0.6 | 9.45 | 18.9 | 7.875 | 90 | 15 |
S16-M0.3-Ca20 | 3.15 | 0.6 | 9.45 | 18.9 | 7.875 | 90 | 15 |
1 |
FU J . Hydrogel properties and applications[J]. Journal of Materials Chemistry B, 2019, 7 (10): 1523- 1525.
doi: 10.1039/C9TB90023C |
2 |
LEE K Y , MOONEY D J . Hydrogels for tissue engineering[J]. Chemical Reviews, 2001, 101 (7): 1869- 1880.
doi: 10.1021/cr000108x |
3 |
QIU Y , PARK K . Environment-sensitive hydrogels for drug delivery[J]. Advanced Drug Delivery Reviews, 2001, 53 (3): 321- 339.
doi: 10.1016/S0169-409X(01)00203-4 |
4 |
DONG L , AGARWAL A K , BEEBE D J , et al. Adaptive liquid microlenses activated by stimuli-responsive hydrogels[J]. Nature, 2006, 442 (7102): 551- 554.
doi: 10.1038/nature05024 |
5 |
CALVERT P . Hydrogels for soft machines[J]. Advanced Materials, 2009, 21 (7): 743- 756.
doi: 10.1002/adma.200800534 |
6 |
OKUMURA Y , ITO K . The polyrotaxane gel:A topological gel by figure-of-eight cross-links[J]. Advanced Materials, 2001, 13 (7): 485- 487.
doi: 10.1002/1521-4095(200104)13:7<485::AID-ADMA485>3.0.CO;2-T |
7 |
HARAGUCHI K , TAKEHISA T . Nanocomposite hydrogels:A unique organic-inorganic network structure with extraordinary mechanical, optical, and swelling/de-swelling properties[J]. Advanced Materials, 2002, 14 (16): 1120- 1124.
doi: 10.1002/1521-4095(20020816)14:16<1120::AID-ADMA1120>3.0.CO;2-9 |
8 |
GONG J P , KATSUYAMA Y , KUROKAWA T , et al. Double-network hydrogels with extremely high mechanical strength[J]. Advanced Materials, 2003, 15 (14): 1155- 1158.
doi: 10.1002/adma.200304907 |
9 |
SUN T L , KUROKAWA T , KURODA S , et al. Physical hydrogels composed of polyampholytes demonstrate high toughness and viscoelasticity[J]. Nature Materials, 2013, 12 (10): 932- 937.
doi: 10.1038/nmat3713 |
10 |
GONG J P . Why are double network hydrogels so tough?[J]. Soft Matter, 2010, 6 (12): 2583- 2590.
doi: 10.1039/b924290b |
11 |
TAKAHASHI R , SHIMANO K , OKAZAKI H , et al. Tough particle-based double network hydrogels for functional solid surface coatings[J]. Advanced Materials Interfaces, 2018, 5 (23): 1801018.
doi: 10.1002/admi.201801018 |
12 |
UTSUMI S , KINSELLA J E . Structure-function relationships in food proteins:Subunit interactions in heat-induced gelation of 7S, 11S, and soy isolate proteins[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1985, 33 (2): 297- 303.
doi: 10.1021/jf00062a035 |
13 | DAMODARAN S , PARKIN K L . Fennema's Food Chemistry[M]. Boca Raton: CRC Press, 2017. |
14 |
LI X H , LI Y , HUA Y F , et al. Effect of concentration, ionic strength and freeze-drying on the heat-induced aggregation of soy proteins[J]. Food Chemistry, 2007, 104 (4): 1410- 1417.
doi: 10.1016/j.foodchem.2007.02.003 |
15 | 管娟.大豆蛋白的溶液制备及应用初探[D].上海:复旦大学, 2009. |
GUAN J.Dissolution of soy protein and its initial applications[D]. Shanghai: Fudan University, 2009. | |
16 |
WANG Z K , YUAN L , JIANG F , et al. Bioinspired high resilient elastomers to mimic resilin[J]. ACS Macro Letters, 2016, 5 (2): 220- 223.
doi: 10.1021/acsmacrolett.5b00843 |
17 |
QIU L , LIU J Z , CHANG S L Y , et al. Biomimetic superelastic graphene-based cellular monoliths[J]. Nature Communications, 2012, 3, 1241.
doi: 10.1038/ncomms2251 |
[1] | 孙昊,赵大力,金彦任,刘艳艳,蒋剑春,邢浩洋. 活性炭孔隙结构对炭基金属氧化物催化剂HCN防护性能的影响[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 39-44. |
[2] | 张倩男,徐方敏,连之娜,李鑫,勇强. 柱前衍生反相高效液相色谱法测定田菁种子水解液中的单糖[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 31-38. |
[3] | 胡雨萌,侯敏杰,许苗军,李斌. 纤维素基一体化三明治结构超级电容器的制备及性能[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 23-30. |
[4] | 钟磊,王超,吕高金,吉兴香,杨桂花,陈嘉川. 低共熔溶剂在木质素分离方面的研究进展[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 12-22. |
[5] | 许倩,张晨,吴嘉维,欧阳嘉. 花青素的生物合成研究进展[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 1-11. |
[6] | 伍锦秀, 董勇, 夏剑雨, 陈妍, 曹云峰, 刘祝兰. 高吸液性木质纤维气凝胶的制备及表征[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 52-60. |
[7] | 李顺利, 刘玉, 黄飞, 刘凯, 陈洪雷. 基于木质纤维原料预水解过程同步合成碳纳米点[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 61-68. |
[8] | 杨晨, 朱桂华, 王亚明, 刘志华, 蒋丽红, 何沛. 以去氢枞胺为结构导向剂合成磷酸铝[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 69-75. |
[9] | 何云, 段文贵, 林桂汕, 岑波, 卜俊文, 雷福厚. 柠檬醛基缩氨基硫脲化合物的合成及除草活性[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 76-84. |
[10] | 邱金丹, 李璐, 魏敏平, 谢云飞, 于航, 姚卫蓉. 无患子果皮提取物化学成分及其对白色念珠菌的抑制作用[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 85-91. |
[11] | 杨小华, 丁海阳, 李守海, 许利娜, 林雅玫, 李梅. 桐油基非离子型自乳化水性环氧固化剂的制备及性能[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 92-98. |
[12] | 王鑫纯, 徐伟, 蒋建新, 朱莉伟. 野皂荚多糖氧化降解产物的体外代谢过程研究[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 99-107. |
[13] | 董爱文, 李维新, 王欢, 邹亚珂. 超临界CO2萃取红麸杨果实中黄颜木素及其体外抗氧化活性研究[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 108-114. |
[14] | 侯兴隆, 郭奇, 建晓朋, 吴迪超, 许伟, 刘军利. 响应面法优化设计木质素基活性炭的制备[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 115-122. |
[15] | 齐志文, 周昊, 薛兴颖, 颜洋洋, 王成章. 三甲氧基没食子酸1,2,4-噻二唑-3,5-二酮衍生物的合成及其对HL60细胞增殖的抑制作用[J]. 林产化学与工业, 2020, 40(3): 123-129. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||