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超強粘接，高耐溶劑性，卻只需鹽水即可輕松脫粘

超強粘接，高耐溶劑性，卻只需鹽水即可輕松脫粘

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一篇原文發(fā)表在國際知名期刊《JACS》上的新型膠黏劑技術(shù)“Biocompatible Tough Ionogels with Reversible Supramolecular Adhesion”。
拜讀完后，頗受啟發(fā)，因此與大家共享。

該膠黏劑產(chǎn)品可以粘接多種材料，尤其對玻璃的粘接強度特別高，拉伸剪切強度可以高達24MPa。對木材、PMMA、鐵、不銹鋼的粘接強度分別為13、7.3、4.3和3.3MPa （如下左圖所示）。



在不同溫度下，膠粘劑對玻璃表現出不同的粘接能力，25℃常溫下粘接效果最好；隨溫度下降（25℃→ -25℃），粘接強度隨之減弱，-20℃時(shí)，拉伸剪切粘接強度為15MPa左右；隨著(zhù)溫度上升（25℃ → 85℃），粘接力也會(huì )下降，在85℃時(shí)，拉伸剪切強度已經(jīng)降到0.5MPa。

從負面角度看，這類(lèi)膠黏劑耐熱性能較差，基本沒(méi)法在75℃及以上的溫度下使用；但從正面角度看，這類(lèi)膠黏劑可以通過(guò)熱處理方式實(shí)現返修重工性能，也就是說(shuō)被粘接材料只需要在75℃或以上的溫度下放置，就可以輕松分離，實(shí)現被粘材料的重復利用。


另外，該膠黏劑還有很好的耐有機溶劑性能。不管是以下哪類(lèi)有機溶劑，如丙酮、乙腈、乙酸乙酯、石油醚、乙醚、甲苯、二氯甲烷、四氯甲烷和四氫呋喃，浸泡24小時(shí)后，對玻璃的粘接力依舊能保持在20MPa以上，保持率基本都在87%以上。

其次，這膠粘劑還可以做成水凝膠膜或膠帶，作為醫學(xué)膠用于器官組織的傷口止血與修補，如下圖所示：


《膠界》報道過(guò)不少醫用膠粘劑，基本都關(guān)注在如何實(shí)現濕表面組織器官的高強度粘接與即時(shí)止血的效果，但似乎都沒(méi)考慮一個(gè)實(shí)用性問(wèn)題：傷口修復后，醫用膠該怎么去除？

心碎了不用怕！神奇膠水幫你快速止血！醫用仿生膠：構造特殊的微/納米結構，實(shí)現對濕態(tài)表面的粘附100%固含UV醫用膠，可水下使用，粘接強度比商用CA膠高4倍而該膠黏劑產(chǎn)品最迷人的一個(gè)地方是可以通過(guò)接觸鹽水溶液這一簡(jiǎn)單方式實(shí)現脫粘效果（i.e. de-bonding or deadhesion），生理鹽水不會(huì )對組織器官造成任何傷害。

所以，如果這款膠黏劑被應用到工業(yè)結構件的粘接時(shí)，既可以通過(guò)熱處理的方式，也可以通過(guò)鹽水手段，實(shí)現脫粘效果。

還值得關(guān)注的是，這款膠黏劑還有兩大亮點(diǎn): 

(1) 可以膠黏劑本身可以100%回收再利用，只需要把支離破碎的膠黏劑樣品放入水中持續長(cháng)時(shí)間攪拌，就能完全溶解在水中, 回收膠液倒入狗骨頭模具里80℃干燥后，又能恢復成原來(lái)模樣與性能的水凝膠。


(2) 具有自修復功能，即使出現劃痕或裂紋，也能在一段時(shí)間后實(shí)現自我修復，讓劃痕與裂紋消失。放置的溫度越高，自修復所需要的時(shí)間越短，如下圖所示：


如此神奇的膠黏劑到底是怎么做出來(lái)的？從成分角度看，似乎也不復雜：主要由檸檬酸(citric acid，CA)、L-(-)-肉堿( L-(?)-carnitine，LC)和N,N-二甲基丙烯酰胺(N,N-dimethylacrylamide，DMAA)聚合后的PDMMA所組成。

其合成過(guò)程如下所示：

先把CA與LC倒入到水中，攪拌溶解，4小時(shí)后，把溫度升到70℃，抽真空2個(gè)小時(shí)，把水分除去后，得到產(chǎn)品CAC（如下圖）


將單體DMAA、光引發(fā)劑HCPK和上述CAC在反應釜中于80℃下攪拌熔融得到前驅體溶液，通過(guò)UV照射20分鐘后即可得到目標產(chǎn)物——超分子離子凝膠（ supramolecular ionogels）。


將離子凝膠涂覆在一片基材上，然后把另一片基材在1公斤80℃條件下熱壓10分鐘，待冷卻后，即可把兩片基材牢牢粘住。

研究者發(fā)現，選擇不同的CAC:DMAA的比例，所得到的離子凝膠可以表現出不同的本體力學(xué)性能。

CAC含量越高，本體斷裂強度越低、斷裂延伸率則越長(cháng)，材料本體韌性也會(huì )有所下降。


最后，總結一下這款新穎膠黏劑的特色：即能熱拆解，也能鹽水脫粘，本身具有自修復和回收重復利用的特性，粘接力還極強，超高耐溶劑性，不僅能作為結構膠用于工業(yè)結構件的粘接，還能作為醫學(xué)膠用于傷口止血與修補。
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