粘合劑作為現(xiàn)代生活和工業(yè)中不可缺少的化學(xué)品，已廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、醫(yī)療、包裝、可穿戴設(shè)備和航空航天領(lǐng)域，對具有多功能和多種環(huán)境適應(yīng)性的先進(jìn)粘合劑材料的需求也不斷增加，以滿足特定場景下的要求。 然而，如何克服聚合物粘合劑內(nèi)聚力和界面粘附力之間的矛盾，開發(fā)集高粘合強(qiáng)度、良好的可重復(fù)使用性和廣泛的惡劣環(huán)境適應(yīng)性于一體的多功能粘合劑仍是一項巨大的挑戰(zhàn)。 近日，中山大學(xué)余丁山教授團(tuán)隊提出了一種通用的枝狀分子摻雜策略，將低粘合強(qiáng)度的商業(yè)聚合物轉(zhuǎn)化為集高粘合強(qiáng)度、耐超低溫、耐水和可重復(fù)使用特性于一體的新型超分子粘合劑。
首先，通過將預(yù)先設(shè)計合成的具有端羥基和適宜長度烷基鏈的剛?cè)岵?jì)的三枝分子M4C8OH，并將其摻雜到商業(yè)聚合物聚己內(nèi)酯（PCL）中，構(gòu)筑了基于氫鍵相互作用的PCL-M4C8OH粘合劑。充分挖掘了枝狀分子的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，可同時調(diào)控聚合物內(nèi)部及與被粘界面間的非共價相互作用，實現(xiàn)了內(nèi)聚力和界面粘附力的同時提升，使得PCL-M4C8OH在一系列金屬和聚合物基材表面顯示出高的粘合強(qiáng)度。特別是在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基材上，粘合強(qiáng)度達(dá)到4.67 MPa，優(yōu)于目前大部分市售和文獻(xiàn)報道的粘合劑。進(jìn)一步探索了PCL-M4C8OH的重復(fù)使用性及其在惡劣環(huán)境下的耐受性，發(fā)現(xiàn)其能經(jīng)歷10次粘合/脫粘循環(huán)，且在-196 °C的低溫環(huán)境，以及在水、海水、鹽酸等不同的濕環(huán)境下均顯示出良好的粘合性能。將枝狀分子摻雜策略也擴(kuò)展至其他商業(yè)聚合物中，構(gòu)筑了一系列的枝狀分子摻雜聚合物的新型粘合劑，實現(xiàn)了粘合強(qiáng)度、重復(fù)使用性和惡劣環(huán)境耐受性的提升，證明了該摻雜策略的普適性。此外，探索了PCL-M4C8OH在懸掛重物、修補(bǔ)破損物品等實際應(yīng)用方面的潛力。 此外，系統(tǒng)地研究了枝狀分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)對粘合性能的影響，發(fā)現(xiàn)M4C8OH摻雜劑含有的末端羥基、適宜長度烷基鏈和剛?cè)岵?jì)的枝狀分子結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)最佳粘合性能的關(guān)鍵因素。該枝狀分子摻雜策略有望成為開發(fā)先進(jìn)的超分子粘合劑的通用方法，實現(xiàn)在惡劣環(huán)境中的多功能應(yīng)用。 論文信息 Rigid-Flexible Coupled Dendritic Molecule Doping: General Approach to Activate Commercial Polymers into Harsh Condition-Tolerant Multi-Reusable Strong Supramolecular Adhesives Jie Feng, Ziwei Lin, Yang Zhang, Long Fang, Qikai Zhu, Prof. Dingshan Yu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202411815
