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“逆天”壓敏膠，粘接力媲美結構膠，竟由小分子離子液體構成？

“逆天”壓敏膠，粘接力媲美結構膠，竟由小分子離子液體構成？

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眾所周知，傳統膠粘劑，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。因為聚合物擁有較高的內聚能，提供膠粘劑自身較好的內聚強度和力學(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)的科研團隊卻反其道而行之，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(guò)，《膠界》有必要去強調的一件事是，盡管這個(gè)科研團隊把這類(lèi)膠稱(chēng)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(lái)，且不掉落。



而且這壓敏膠還可以實(shí)現水下粘合效果：科研團隊把它做成單面膠帶，可以直接在水中修補/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)團隊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(zhù)把另一個(gè)基材熱壓在涂敷壓敏膠的基材上，構成剪切測試樣件；等測試件溫度見(jiàn)到室溫25℃時(shí)，測試剪切方向粘結強度。



由上圖可見(jiàn)，這款熱熔壓敏膠在金屬上都表現出很好的粘結性能：對于鋁（Al）、不銹鋼（SS）和銅（Cu），剪切粘結強度分別是8.14、6.91和7.73MPa，而對于陶瓷(Ceramic)的粘接力更是高達10.5MPa。
這性能幾乎媲美常規結構粘接膠！
對于其它各種塑料基材，也表現出不輸于其它壓敏膠的粘接強度。
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)，設計思路并不復雜，主要是將離子液體（IL）片段嵌入到有機分子骨架中即可，其分子結構如下：



可能正是用到了離子液體原材料的原因，該科研團隊才會(huì )稱(chēng)呼此類(lèi)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，得到的產(chǎn)物產(chǎn)率為80%；第二步是繼續與LiTFSI 鹽反應，即可得到目標產(chǎn)物，此產(chǎn)率則為95%。



研究者認為，液體基團的引入，不僅可以通過(guò)陰、陽(yáng)離子間的靜電相互作用提高材料本身的內聚強度，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，提高界面粘附強度，從而實(shí)現小分子離子液體在各種基底表面的高強度粘附。



最后，還是如實(shí)強調一下，這類(lèi)膠粘劑的具體生產(chǎn)操作細節還是有些復雜的，并沒(méi)紙上描述的那么簡(jiǎn)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(cháng)的路要走，不過(guò)也給膠粘劑行業(yè)帶來(lái)了新的技術(shù)路徑，值得研究。
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