由于聚合物网络易水化和导电填料易扩散流失,要同步实现良好的水下黏附和水下传感具有相当难度。近年来,研究者们提出了一些用于水下黏附和传感的胶带或凝胶,为水下多功能胶粘剂的发展奠定了良好的基础。但这些类固体胶粘剂中的聚合物大多在使用前就已被交联,一方面难以填充或贴合具有不规则形貌或缝隙的底物,另一方面也限制了黏性分子向底物渗透、形成拓扑缠结网络。相较于类固胶带,在使用前尚未交联、具有流动性且能在充分流淌到底物后再原位自发固化的胶水具有一定优势,但如何避免这类流动性较强的无定形体系中导电填料的流失,以及如何保证这种后交联网络在极端环境下的机械稳定性仍面临挑战。
浙江工业大学的杨晋涛教授课题组多年来一直从事功能性两性离子聚合物设计、制备及应用相关研究,基于多种含有苯环-唑环结构的特殊两性离子单体,构筑了一系列多功能抗菌聚合物刷(Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2004633; Chem. Eng. J 2017, 333, 1)和高韧性凝胶材料(Chem. Mater. 2021, 33, 8418; Chem. Eng. J 2022, 438, 135607),并在两性离子分子的反聚电解质机制及增韧机制方面展开了深入的探索。在研究过程中,作者发现不含阴离子基团的两性离子单体前驱体具有极强的分子作用,有望应用于湿态黏附领域。
图1 聚合物胶水的化学结构设计
图2 聚合物胶水的瞬时固化能力
图3 聚合物胶水在水中的长时性能演变
图4 关键功能单元的分子作用力模拟
最终,P3胶水被用于水下修补硬质容器(PET)和软质管路(PDMS)表面的缺口,并被证实能成功封堵容器内的液体和气体。同时,由于固化后的P3胶水中保留了44.38%的离子液体,其堵漏位点能原位感知所受应变的变化,实现对裂纹形状演变的传感,在裂纹受到大形变时提供预警信号。同时,作为聚苯乙烯类衍生物,P3胶能在紫外光下释放荧光,有助于快速辨识修补位置。
图6 聚合物胶水的水下封堵、原位传感及荧光标记功能
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202205597
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