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超強(qiáng)粘接,高耐溶劑性,卻只需鹽水即可輕松脫粘

超強(qiáng)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(guó)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(duì)玻璃的粘接強(qiáng)度特別高,拉伸剪切強(qiáng)度可以高達(dá)24MPa。對(duì)木材、PMMA、鐵、不銹鋼的粘接強(qiáng)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(duì)玻璃表現(xiàn)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(qiáng)度隨之減弱,-20℃時(shí),拉伸剪切粘接強(qiáng)度為15MPa左右;隨著溫度上升(25℃ → 85℃),粘接力也會(huì)下降,在85℃時(shí),拉伸剪切強(qiáng)度已經(jīng)降到0.5MPa。

從負(fù)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(xiàn)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(xiàn)被粘材料的重復(fù)利用。


另外,該膠黏劑還有很好的耐有機(jī)溶劑性能。不管是以下哪類(lèi)有機(jī)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(duì)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(yī)學(xué)膠用于器官組織的傷口止血與修補(bǔ),如下圖所示:


《膠界》報(bào)道過(guò)不少醫(yī)用膠粘劑,基本都關(guān)注在如何實(shí)現(xiàn)濕表面組織器官的高強(qiáng)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(fù)后,醫(yī)用膠該怎么去除?

心碎了不用怕!神奇膠水幫你快速止血!醫(yī)用仿生膠:構(gòu)造特殊的微/納米結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)濕態(tài)表面的粘附100%固含UV醫(yī)用膠,可水下使用,粘接強(qiáng)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(xiàn)脫粘效果(i.e. de-bonding or deadhesion),生理鹽水不會(huì)對(duì)組織器官造成任何傷害。

所以,如果這款膠黏劑被應(yīng)用到工業(yè)結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xù)長(zhǎng)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(fù)成原來(lái)模樣與性能的水凝膠。


(2) 具有自修復(fù)功能,即使出現(xiàn)劃痕或裂紋,也能在一段時(shí)間后實(shí)現(xiàn)自我修復(fù),讓劃痕與裂紋消失。放置的溫度越高,自修復(fù)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(fù)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(yīng)釜中于80℃下攪拌熔融得到前驅(qū)體溶液,通過(guò)UV照射20分鐘后即可得到目標(biāo)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(xiàn),選擇不同的CAC:DMAA的比例,所得到的離子凝膠可以表現(xiàn)出不同的本體力學(xué)性能。

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


最后,總結(jié)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(fù)和回收重復(fù)利用的特性,粘接力還極強(qiáng),超高耐溶劑性,不僅能作為結(jié)構(gòu)膠用于工業(yè)結(jié)構(gòu)件的粘接,還能作為醫(yī)學(xué)膠用于傷口止血與修補(bǔ)。
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