郑州轻大张晓静教授团队 CEJ：对水下亲水表面黏附增强和在恶劣环境下具有强黏附的共晶凝胶粘合剂

2024-10-12 来源：高分子科技

如何使胶黏剂在水中具有较强的粘接强度一直是一个挑战。近期，郑州轻工业大学张晓静团队研究通过以n -乙烯基吡啶烷酮(NVP)为原料，在深共晶溶剂(DES)中一步光引发聚合，合成了一种新型共晶胶。丰富的氢键相互作用和亲水性聚乙烯吡咯烷酮网络结构使共聚物在空气和水下的亲疏水表面都具有良好的粘附性。此外，对于亲水基材，共聚胶粘剂在水下的粘附强度是在空气中的1.3倍，表现出水下增强的粘附效果。相比之下，疏水基材在水下的附着强度低于在空气中的附着强度。即使在沸水、强酸性介质、强碱性介质和有机溶剂中，也能保持较强的附着力。实验和仿真结果揭示了共聚物在水下增强附着力的机理。相信所设计的具有水下粘附能力和高环境适应性的下一代凝胶粘合剂的开发中具有很大的前景。

图1:(a) PVP共聚胶粘剂形成示意图。(b)在空气和水下用PVP共聚胶粘接200克不锈钢重物的各种表面的图片。(c) PVP共聚胶在空气中和水下浸泡30min后在各种基材上的粘接强度。

图2：(a) PVP共聚胶粘剂在空气和水下的粘附机理。(b) h2o -玻璃、尿素-玻璃、H2O-PTFE和尿素- ptfe的计算相互作用能。(c)荧光标记水中PVP共聚物的CLSM图像。(d) PVP共聚物的接触角测量。

图3：浸泡时间(a)和温度(b)对PVP共聚物水下粘接强度的影响。(c)在沸水(98?c)中浸泡30分钟后PVP共聚物在玻璃上的防水附着力。(d) PVP共聚物在玻璃基材上的可回收水下附着力。(e)显示PVP共聚物在原位快速封堵漏水的图像。

图4：PVP共聚物在玻璃上的加载试验(a)和相应的粘附强度(b)，其中粘附物分别在普通有机溶剂、强酸溶液和强碱溶液中制备。(c)他们的PVP共聚物与先前报道的凝胶粘合剂的粘合性能比较。

综上所述，他们通过光引发聚合NVP在深共晶溶剂ChCl -尿素中成功地开发了一种新型的共晶基粘合剂。丰富的氢键相互作用和亲水性的聚乙烯吡咯烷酮网络结构使共聚物在空气和水下均具有优异的粘附性能。此外，共聚物在木材和玻璃等亲水性基材上的水下附着力增强，其水下附着力是空气中的1.3倍。相比之下，对于疏水基材(塑料、硅酮和聚四氟乙烯)，在水下的粘附强度低于在空气中的粘附强度。此外，共聚物在沸水和有机溶剂等恶劣环境中也表现出很强的粘附性能。这种新型共聚胶粘剂为下一代水下胶粘剂的设计和开发提供了新的前景。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724077040

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