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“逆天”壓敏膠，粘接力媲美結(jié)構(gòu)膠，竟由小分子離子液體構(gòu)成？

“逆天”壓敏膠，粘接力媲美結(jié)構(gòu)膠，竟由小分子離子液體構(gòu)成？

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來源： 作者：轉(zhuǎn)載 收藏 2105

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眾所周知，傳統(tǒng)膠粘劑，如聚氨酯膠、MS膠、環(huán)氧膠、丙烯酸膠、UV膠、硅酮膠等，大都采用高分子聚合物作為主要有效成分。因?yàn)榫酆衔飺碛休^高的內(nèi)聚能，提供膠粘劑自身較好的內(nèi)聚強(qiáng)度和力學(xué)性能。
即使是快干膠，盡管產(chǎn)品成分是由小分子組成，但也得固化交聯(lián)成為高分子聚合物后，才能對被粘接的基材提供有效的粘接力。
然而，湖南大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)卻反其道而行之，研發(fā)出了小分子離子液體基粘合劑（Tri-HT），在室溫下表現(xiàn)出極高的剪切粘合力（>10MPa）
該工作以“Small-molecule ionic liquid-based adhesive with strong room-temperature adhesion promoted by electrostatic interaction”為題,發(fā)表在國際頂級期刊《Nature Communications》上。
不過，《膠界》有必要去強(qiáng)調(diào)的一件事是，盡管這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)把這類膠稱為小分子離子液體基粘合劑（Tri-HT），但它在常溫下并非是液體，而是以固態(tài)形式存在。只有在高溫下（e.g. 100℃），才表現(xiàn)為液體狀態(tài)。


這款離子液體基膠合劑雖然常溫下為固體，但表面是發(fā)粘的、具有很好的壓敏性。只需用手指一壓，就能把一個(gè)500g重的砝碼粘起來，且不掉落。



而且這壓敏膠還可以實(shí)現(xiàn)水下粘合效果：科研團(tuán)隊(duì)把它做成單面膠帶，可以直接在水中修補(bǔ)/密封破洞的玻璃或者塑料瓶。
這款熱熔壓敏膠對不同材料都有很好的粘接效果，尤其是陶瓷和金屬：該研發(fā)團(tuán)隊(duì)先把這款熱熔壓敏膠在100℃下熔融，然后涂布在被粘接的一面基材上，接著把另一個(gè)基材熱壓在涂敷壓敏膠的基材上，構(gòu)成剪切測試樣件；等測試件溫度見到室溫25℃時(shí)，測試剪切方向粘結(jié)強(qiáng)度。



由上圖可見，這款熱熔壓敏膠在金屬上都表現(xiàn)出很好的粘結(jié)性能：對于鋁（Al）、不銹鋼（SS）和銅（Cu），剪切粘結(jié)強(qiáng)度分別是8.14、6.91和7.73MPa，而對于陶瓷(Ceramic)的粘接力更是高達(dá)10.5MPa。
這性能幾乎媲美常規(guī)結(jié)構(gòu)粘接膠！
對于其它各種塑料基材，也表現(xiàn)出不輸于其它壓敏膠的粘接強(qiáng)度。
那么，這款小分子離子液體基粘合劑到底是怎樣制備的呢？
其實(shí)，設(shè)計(jì)思路并不復(fù)雜，主要是將離子液體（IL）片段嵌入到有機(jī)分子骨架中即可，其分子結(jié)構(gòu)如下：



可能正是用到了離子液體原材料的原因，該科研團(tuán)隊(duì)才會(huì)稱呼此類粘合劑為小分子離子液體基膠粘劑吧。
而要合成Tri-HT粘合劑，需要用到兩步合成法：第一步是將Tri-Im與3-氯-1,2-丙二醇反應(yīng)，得到的產(chǎn)物產(chǎn)率為80%；第二步是繼續(xù)與LiTFSI 鹽反應(yīng)，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物，此產(chǎn)率則為95%。



研究者認(rèn)為，液體基團(tuán)的引入，不僅可以通過陰、陽離子間的靜電相互作用提高材料本身的內(nèi)聚強(qiáng)度，還能有效抑制剛性和有序氫鍵網(wǎng)絡(luò)的形成，以釋放更多能在界面處形成氫鍵的氫鍵供體/受體，提高界面粘附強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)小分子離子液體在各種基底表面的高強(qiáng)度粘附。



最后，還是如實(shí)強(qiáng)調(diào)一下，這類膠粘劑的具體生產(chǎn)操作細(xì)節(jié)還是有些復(fù)雜的，并沒紙上描述的那么簡單；同時(shí)所用的部分原料也不是很好獲得、成本較高，因此這技術(shù)距離商業(yè)化還有很長的路要走，不過也給膠粘劑行業(yè)帶來了新的技術(shù)路徑，值得研究。
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