中山大学章明秋、容敏智教授团队 Mater. Horiz.：聚合物可逆互锁网络实现对难粘材料的高强粘合、按需脱粘和反复粘合

2023-08-07 来源：高分子科技

亲水性材料与疏水性材料的粘合具有广泛的应用需求，但实施的难度较高，如聚四氟乙烯涂覆金属基材的不粘锅、聚乙烯内衬钢管、建筑用铝塑板等，由于被粘物表面特性截然不同，粘合时需要采用繁复的表面处理和多层过渡工艺。

近期，中山大学化学学院章明秋、容敏智教授团队将他们之前发明的聚合物可逆互锁网络（ILNs）应用于此类场景，可在显著简化相关胶膜的制备和使用过程的同时，获得良好的粘接性能。

ILNs是利用两种动态交联聚合物网络拓扑结构的可逆变换，使得不同交联聚合物网络间的分子链扩散与混合成为可能，待混合完全后再通过动态可逆共价键闭合来重筑交联网络，最终得到由不同子网络穿插互锁形成的均匀复合交联网络，其中的子网络之间没有共价键连接，具有相对的独立性，避免了常规聚合物互穿网络（IPNs）体系中无法避免的聚合过程相分离现象（Mater. Today, 2020, 33, 45；高分子学报，2023, 54, 14）。

在本工作中，作者以太阳能光伏组件为对象，这类组件通常采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）作为封装膜，将钢化玻璃面板、硅基太阳能电池和含氟背板TPT粘接成一个整体，因而可将相应的科学问题可简化为如何实现亲水性玻璃与疏水性TPT的粘合。作者分别合成了动态硼酸酯键交联的聚丙烯酸酯（SN-PA）和动态双硫键交联的聚氨酯（SN-PU），后者同时含有少量锆离子，然后根据前期研究建立的方法得到ILNs，并将其置于钢化玻璃与TPT之间。在一定压力和加热的辅助下，ILNs中的两类可逆动态键被激活，网络暂时部分解交联，在两侧不同基材的诱导下发生自分层，从而使得亲水的SN-PA和疏水的SN-PU分别相应富集于玻璃和TPT侧。此时低分子量的网络碎片流动性较好，易于浸润各自热力学有利的基材，当体系温度降至室温时，ILNs重新形成，得到类Janus结构，并与玻璃和TPT建立较强的界面物理互锁和化学键合，特别是锆离子因其与氟的作用而渗入TPT表层，形成桥联TPT和SN-PU的配位键，这些措施有利于同步提高ILNs与玻璃和TPT的黏附力。另外，ILNs内部的互锁网络结构依然保留，赋予其优异的力学耗散能力，保证胶膜的内聚强度（图1）。有关测试表明，玻璃/ILNs/TPT粘合试样的剥离强度高达64.86 N/cm，这不但优于一系列对照样（包括商品化EVA、3M胶带、同种原材料制备的IPNs），而且优于目前文献报道类似体系的数据。

图1 (a) ILNs的制备及原位形成类Janus型粘合剂的过程示意图；(b) ILNs与玻璃和TPT的界面相互作用及ILNs中的内聚作用。

此外，由于界面处的氢键、配位键以及ILNs含有的动态可逆键，玻璃/ILNs/TPT粘合试样能够在60 oC乙醇溶液中解离，所得回收液干燥后，重新获得ILNs，其化学结构与使用前一致，并且可继续作为粘合胶膜使用，这实际上为废弃太阳能光伏组件目前面临的拆解难题提供了一个简单可行、绿色环保的解决方案。
从原理上看，本工作还可以方便地应用于粘合其它亲水性材料和疏水性材料对。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D3MH00514C

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（责任编辑：xu）

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