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《JACS》自然又让我们抄作业了!海洋生物胶粘剂科学家Wilker团队:仿生弱键强化粘接性

粘接是现代社会的必然部分!然而,开发既强且韧的胶粘剂却是现代人类也未曾实现的梦。强力胶水如环氧胶、异氰酸酯胶粘接牢度大,但存在脆性脱粘(韧性)问题;而“弱力”胶如涂布胶避免了脆性脱粘但强度却差强人意(图1)。如何协调粘接强度和韧性?

图1 胶粘剂不同力学行为

普渡大学的海洋生物胶粘剂科学家Jonathan J. Wilker团队以贻贝为师给出了一个方案,利用氢键等非共价弱键实现界面粘接的延展性。在含有氢键的的粘接层中,氢键受力断裂,耗散了应力从而减少了粘接面脆性断裂的概率(图2)。

图2 仿生弱键改进胶粘韧性

该团队合成了仿贻贝高分子儿茶酚-丙烯酸类共聚物及可控制氢键密度的高分子(图3),经粘接强度测试发现,氢键密度高的仿生高分子具有高的粘接强度和脱粘功,加入乙二醇后,强度和脱粘功显著增加。结果定量的证实,儿茶酚-丙烯酸类共聚物/乙二醇体系的脱粘功从纯儿茶酚-丙烯酸类共聚物的90N/m显著增加到540N/m,也远高于对照高分子(儿茶酚-丙烯酸酯类共聚物)/乙二醇体系的400N/m(图4.1和2)。

图3 仿贻贝高分子(左)、对照高分子(中、右)

图4.1 氢键密度改善粘接强度与韧性

图4.2 氢键密度改善粘接强度与韧性

本工作为开发强韧协同的胶粘剂提供了一个新的角度,对新的汽车、电子和航空用高性能胶粘剂发展具有良好的启迪作用。

全文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b13356

来源:高分子科学前沿


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