助力低碳生活,我国学者以蓖麻油为原料研制出

2019-11-05 17:56栏目:生命科学
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我国学者以蓖麻油为原料研制出“超强弹性”材料

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新华社合肥4月3日电蜘蛛丝是一种拉伸强度惊人的天然材料,安徽农业大学教授汪钟凯团队受其启发,近期以蓖麻油为原材料,研发出一种抗拉强度超过200兆帕的超强荧光弹性材料,实现了农林生物质的高价值转化与利用。国际权威学术期刊《自然·通讯》日前发表了该成果。

4月2日电 记者从安徽农业大学了解到,该校生物质分子工程中心汪钟凯教授团队受蜘蛛丝超强超弹性能的启发,以蓖麻油为原材料制备了一种抗拉强度超过200兆帕的超强荧光弹性体,实现了农林生物质的高值转化和利用。该研究成果日前发表在学术期刊《自然·通讯》上。

有研究表明,蜘蛛丝的力学拉伸强度最强可达到800兆帕,这相当于用一根铅笔粗细的十字园蛛蛛丝,就可以拉住一架自重180吨、正以每秒80米速度降落的波音747飞机。蜘蛛丝的这种超强性能,来源于丝蛋白内部纳米晶体的特殊结构,得到科研工作者的广泛关注。

蜘蛛丝的力学拉伸强度最强可达到800兆帕,这相当于用一根铅笔粗细的十字园蛛的蛛丝,就可以停住一架正在降落中的波音747飞机。蜘蛛丝的这种超强超弹性能来源于丝蛋白内部的纳米晶体的特殊取向结构。因此,这一研究方向受到了科研工作者的广泛关注。

记者从安徽农业大学获悉,近期该校教授汪钟凯团队在植物油脂高分子合成研究中发现了一条新路径,能够将蓖麻油转化形成模仿蛋白的聚合物分子,他们精确调节获得纳米晶体结构,再通过机械加工实现了类似于蜘蛛丝的特殊结构。经过测试,这种新材料的抗拉强度超过200兆帕,相比之前强度普遍在几十兆帕的人工弹性材料,取得了性能上的重大突破。

我们都知道蜘蛛丝有很好的弹性和强度,主要在于蜘蛛丝中具有不规则的蛋白质分子链,这使蜘蛛丝具有弹性;同时蜘蛛丝中还有规则的蛋白质分子链,这又使蜘蛛丝具有强度。这两种特点让蜘蛛丝非常抢眼。同时蜘蛛丝还具有粘性,这些粘性物资很有特点,能保证蜘蛛丝不过早形成结晶体。这让蜘蛛丝就像被液体浸泡过的弹簧,无论如何挤压拉伸都具有恢复如初的能力。

据介绍,以往的研究显示,生物质资源可以被转化为高分子材料,但在成本及性能方面无法与石油基高分子材料媲美。本次研究在生物质材料的性能方面取得突破,有利于人们摆脱对石化资源的依赖。

科学家根据蜘蛛丝原来制造出一种高强度纤维,这种纤维可以用来制作防弹衣,这种防弹衣将不再像传统防弹衣一样笨拙,而是想平时穿着的衣服一样轻便。这种材料未来还能用在防弹车和坦克上。

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同时科学家根据蜘蛛丝发展处生物纤维用于制衣,未来将形成绿色环保性纺织产品。

研究团队在植物油脂高分子合成的研究中发现了一种新路径,能够将蓖麻油转化为一系列高纯度的单体,通过对单体的聚合制备形成模仿蛋白的聚合物分子,进一步精确调节这些聚合物的分子组成,获得了纳米晶体的特殊结构。并通过机械加工使这种特殊的纳米晶体实现了类似于蜘蛛丝的取向结构,最终获得抗拉强度超过200兆帕的超强荧光弹性体。相对于当前弹性体强度普遍在几十兆帕而言,该成果取得重大突破,为进一步挑战蜘蛛丝仿生材料这一世界性课题提供了新思路。

据了解,蓖麻油为几乎无色或微带黄色的澄清黏稠液体;气微;味淡而后微辛。该品在乙醇中易溶,与无水乙醇、氯仿、乙醚或冰醋酸能任意混合。相对密度 在25℃时应为0.956——0.969(附录Ⅶ A)。折光率 应为1.478——1.480(附录Ⅶ F)。]

蓖麻油经浓硫酸处理使得到表面活性很好的硫酸酯(俗称土耳其红油)。蓖麻油脱水则可得到具有共轭双键的干性油脂。以不同的氢化条件处理蓖麻油可以得到多种产品,因此蓖麻油广泛应用于各种工业部门。蓖麻油最接近纯化合物单酸甘三酯,在常见油脂中只有橄榄油(含80%左右的油酸)、红花油(70%以上亚油酸)和桐油(约含85%的桐酸)有此特点。

蓖麻油中不皂化物含量小于1%。维生素含量较低(0.05左右)。

蓖麻籽含油量高,由于油的用途不同,因此取油方法也不同,药用蓖麻油用水压机冷 榨,温度不超过50,否则部分杂质会溶入油中而不能作药用。用冷榨所得的油称为1号蓖麻油。其饼粉碎后进行再次压榨或浸出以制取3号蓖麻油(无2号),供工业用。用螺旋榨油机直接压榨,或者采用预榨-浸出所得到的蓖麻油只能作为工业用油。

在此之前,生物质资源能够被转化为高分子材料,但在成本及性能方面还不能与当前的石油基高分子材料媲美。本次研究成果在生物质材料性能方面取得突破,有效加快了廉价农林生物质资源转化为高分子新材料的发展步伐,有利于人们摆脱对石化资源的依赖,以改善环境并实现低碳生活。

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