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“逆天”压敏胶,粘接力媲美结构胶,竟由小分子离子液体构成?
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“逆天”压敏胶,粘接力媲美结构胶,竟由小分子离子液体构成?
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视频说明
众所周知,传统胶粘剂,如聚氨酯胶、MS胶、环氧胶、丙烯酸胶、UV胶、硅酮胶等,大都采用高分子聚合物作为主要有效成分。因为聚合物拥有较高的内聚能,提供胶粘剂自身较好的内聚强度和力学性能。
即使是快干胶,尽管产品成分是由小分子组成,但也得固化交联成为高分子聚合物后,才能对被粘接的基材提供有效的粘接力。
然而,湖南大学的科研团队却反其道而行之,研发出了小分子离子液体基粘合剂(Tri-HT),在室温下表现出极高的剪切粘合力(>10MPa)
该工作以“Small-molecule ionic liquid-based adhesive with strong room-temperature adhesion promoted by electrostatic interaction”为题,发表在国际顶级期刊《Nature Communications》上。
不过,《胶界》有必要去强调的一件事是,尽管这个科研团队把这类胶称为小分子离子液体基粘合剂(Tri-HT),但它在常温下并非是液体,而是以固态形式存在。只有在高温下(e.g. 100℃),才表现为液体状态。
这款离子液体基胶合剂虽然常温下为固体,但表面是发粘的、具有很好的压敏性。只需用手指一压,就能把一个500g重的砝码粘起来,且不掉落。
而且这压敏胶还可以实现水下粘合效果:科研团队把它做成单面胶带,可以直接在水中修补/密封破洞的玻璃或者塑料瓶。
这款热熔压敏胶对不同材料都有很好的粘接效果,尤其是陶瓷和金属:该研发团队先把这款热熔压敏胶在100℃下熔融,然后涂布在被粘接的一面基材上,接着把另一个基材热压在涂敷压敏胶的基材上,构成剪切测试样件;等测试件温度见到室温25℃时,测试剪切方向粘结强度。
由上图可见,这款热熔压敏胶在金属上都表现出很好的粘结性能:对于铝(Al)、不锈钢(SS)和铜(Cu),剪切粘结强度分别是8.14、6.91和7.73MPa,而对于陶瓷(Ceramic)的粘接力更是高达10.5MPa。
这性能几乎媲美常规结构粘接胶!
对于其它各种塑料基材,也表现出不输于其它压敏胶的粘接强度。
那么,这款小分子离子液体基粘合剂到底是怎样制备的呢?
其实,设计思路并不复杂,主要是将离子液体(IL)片段嵌入到有机分子骨架中即可,其分子结构如下:
可能正是用到了离子液体原材料的原因,该科研团队才会称呼此类粘合剂为小分子离子液体基胶粘剂吧。
而要合成Tri-HT粘合剂,需要用到两步合成法:第一步是将Tri-Im与3-氯-1,2-丙二醇反应,得到的产物产率为80%;第二步是继续与LiTFSI 盐反应,即可得到目标产物,此产率则为95%。
研究者认为,液体基团的引入,不仅可以通过阴、阳离子间的静电相互作用提高材料本身的内聚强度,还能有效抑制刚性和有序氢键网络的形成,以释放更多能在界面处形成氢键的氢键供体/受体,提高界面粘附强度,从而实现小分子离子液体在各种基底表面的高强度粘附。
最后,还是如实强调一下,这类胶粘剂的具体生产操作细节还是有些复杂的,并没纸上描述的那么简单;同时所用的部分原料也不是很好获得、成本较高,因此这技术距离商业化还有很长的路要走,不过也给胶粘剂行业带来了新的技术路径,值得研究。
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