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蘭州化物所周峰/麻拴紅/馬延飛、蘭大梁永民《ACS AMI》：基于分子鏈軟硬片段構(gòu)建高性能黏附材料
2022-03-04  來源：高分子科技

  高分子黏合劑是我們生活生產(chǎn)中最重要的輔助材料之一，然而大多數(shù)黏合劑只能在非濕態(tài)環(huán)境中（空氣）保持良好的黏合性能，而在長期的濕態(tài)環(huán)境很容易失效，這主要是因?yàn)轲ず蟿O易受到水分子的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致黏合界面失效？紤]到生物工程、海洋工程和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，開發(fā)高性能的水下黏附材料成為工程材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。


  中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周峰研究員團(tuán)隊(duì)與蘭州大學(xué)梁永民教授團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)制備了一種新型高性能黏附材料（SRAD），具有優(yōu)異的水下黏附強(qiáng)度、耐水性和機(jī)械耐受性。研究成果以“Molecular Engineering Super-Robust Dry/Wet Adhesive with Strong Interface Bonding and Excellent Mechanical Tolerance”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上，蘭州大學(xué)高璐瑤博士為論文第一作者，蘭州大學(xué)梁永民教授，蘭州化物所麻拴紅副研究員和馬延飛助理研究員為通訊作者。


 

Fig.1高性能黏附膠SRAD的設(shè)計(jì)理念


  本研究以多巴胺甲基丙烯酰胺（DMA）作為黏附功能單體，以金剛烷甲酸2-（2-甲基丙烯酰氧基）乙酯（AD）作為剛性功能單體，丙烯酸甲氧基乙酯（MEA）作為柔性功能單體，探索分子鏈柔性和剛性對(duì)其黏附力和內(nèi)聚力的影響。結(jié)論：在高分子黏附膠中，分子鏈柔性和剛性片段的占比對(duì)其黏附性能具有非常重要的影響，極大地控制著黏附力和內(nèi)聚力的適配性，進(jìn)而決定高分子黏附材料的黏附強(qiáng)度、耐水性和機(jī)械耐受性。


Fig.2 SRAD的黏合強(qiáng)度隨水下存放時(shí)間的變化


 

Fig.3 SRAD在多種基材的干/濕黏合強(qiáng)度


 

圖4. SRAD的黏合強(qiáng)度測試：（a）將兩塊黏合面積為100 mm2的模具黏合在一起，可以懸吊起一個(gè)人（50 kg）；（b）用膠黏劑將兩個(gè)不銹鋼球分別黏合在攪拌槳上，然后以1 m/s的恒定線速度旋轉(zhuǎn)7天，沒有分離或錯(cuò)位；（c）水下懸掛6.65 kg的重物，12 h內(nèi)沒有發(fā)生分離和錯(cuò)位；（d）水中存放半年的黏合樣品在30 N的載荷下進(jìn)行30次循環(huán)機(jī)械加載-卸載，黏附界面仍然黏合在一起。

 

  本研究論文，通過從分子層面精確設(shè)計(jì)聚合物網(wǎng)絡(luò)的柔性和剛性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)黏附力和內(nèi)聚力的適配，最終獲得具有優(yōu)異黏附性、耐水性和機(jī)械耐受性的高分子黏合劑。該設(shè)計(jì)方法有望創(chuàng)造更高性能的水下黏附材料，同時(shí)也為濕黏附膠在水下修復(fù)和密封等工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供可能。

 

  相關(guān)論文信息：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c00494

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