兰州化物所周峰/麻拴红/马延飞、兰大梁永民《ACS AMI》:基于分子链软硬片段构建高性能黏附材料
2022-03-04 来源:高分子科技
高分子黏合剂是我们生活生产中最重要的辅助材料之一,然而大多数黏合剂只能在非湿态环境中(空气)保持良好的黏合性能,而在长期的湿态环境很容易失效,这主要是因为黏合剂极易受到水分子的破坏,进而导致黏合界面失效。考虑到生物工程、海洋工程和医学工程等领域的应用需求,开发高性能的水下黏附材料成为工程材料领域的研究热点。
Fig.1高性能黏附胶SRAD的设计理念
本研究以多巴胺甲基丙烯酰胺(DMA)作为黏附功能单体,以金刚烷甲酸2-(2-甲基丙烯酰氧基)乙酯(AD)作为刚性功能单体,丙烯酸甲氧基乙酯(MEA)作为柔性功能单体,探索分子链柔性和刚性对其黏附力和内聚力的影响。结论:在高分子黏附胶中,分子链柔性和刚性片段的占比对其黏附性能具有非常重要的影响,极大地控制着黏附力和内聚力的适配性,进而决定高分子黏附材料的黏附强度、耐水性和机械耐受性。
Fig.2 SRAD的黏合强度随水下存放时间的变化
Fig.3 SRAD在多种基材的干/湿黏合强度
图4. SRAD的黏合强度测试:(a)将两块黏合面积为100 mm2的模具黏合在一起,可以悬吊起一个人(50 kg);(b)用胶黏剂将两个不锈钢球分别黏合在搅拌桨上,然后以1 m/s的恒定线速度旋转7天,没有分离或错位;(c)水下悬挂6.65 kg的重物,12 h内没有发生分离和错位;(d)水中存放半年的黏合样品在30 N的载荷下进行30次循环机械加载-卸载,黏附界面仍然黏合在一起。
本研究论文,通过从分子层面精确设计聚合物网络的柔性和刚性,进而实现黏附力和内聚力的适配,最终获得具有优异黏附性、耐水性和机械耐受性的高分子黏合剂。该设计方法有望创造更高性能的水下黏附材料,同时也为湿黏附胶在水下修复和密封等工程领域的应用提供可能。
相关论文信息:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c00494
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(责任编辑:xu)
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