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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、環氧膠、丙烯酸膠、UV膠、矽酮膠等，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性能。
    即使是快幹膠，盡管產品成分是由小分子組成，但也得固化交聯成為高分子聚合物後，才能對被粘接的基材提供有效的粘接力。
    然而，湖南大學的科研團隊卻反其道而行之，研發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,發表在國際頂級期刊《Nature Communications》上。
    不過，《膠界》有必要去強調的一件事是，盡管這個科研團隊把這類膠稱為小分子離子液體基粘合劑（Tri-HT），但它在常溫下並非是液體，而是以固態形式存在。隻有在高溫下（e.g. 100℃），才表現為液體狀態。


    這款離子液體基膠合劑雖然常溫下為固體，但表麵是發粘的、具有很好的壓敏性。隻需用手指一壓，就能把一個500g重的砝碼粘起來，且不掉落。



    而且這壓敏膠還可以實現水下粘合效果：科研團隊把它做成單麵膠帶，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：該研發團隊先把這款熱熔壓敏膠在100℃下熔融，然後塗布在被粘接的一麵基材上，接著把另一個基材熱壓在塗敷壓敏膠的基材上，構成剪切測試樣件；等測試件溫度見到室溫25℃時，測試剪切方向粘結強度。



    由上圖可見，這款熱熔壓敏膠在金屬上都表現出很好的粘結性能：對於鋁（Al）、不鏽鋼（SS）和銅（Cu），剪切粘結強度分別是8.14、6.91和7.73MPa，而對於陶瓷(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！
    對於其它各種塑料基材，也表現出不輸於其它壓敏膠的粘接強度。
    那麽，這款小分子離子液體基粘合劑到底是怎樣製備的呢？
    其實，設計思路並不複雜，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，該科研團隊才會稱呼此類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，得到的產物產率為80%；第二步是繼續與LiTFSI 鹽反應，即可得到目標產物，此產率則為95%。



    研究者認為，液體基團的引入，不僅可以通過陰、陽離子間的靜電相互作用提高材料本身的內聚強度，還能有效抑製剛性和有序氫鍵網絡的形成，以釋放更多能在界麵處形成氫鍵的氫鍵供體/受體，提高界麵粘附強度，從而實現小分子離子液體在各種基底表麵的高強度粘附。



    最後，還是如實強調一下，這類膠粘劑的具體生產操作細節還是有些複雜的，並沒紙上描述的那麽簡單；同時所用的部分原料也不是很好獲得、成本較高，因此這技術距離商業化還有很長的路要走，不過也給膠粘劑行業帶來了新的技術路徑，值得研究。
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