如何使膠黏劑在水中具有較強(qiáng)的粘接強(qiáng)度一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。近期，鄭州輕工業(yè)大學(xué)張曉靜團(tuán)隊(duì)研究通過以n -乙烯基吡啶烷酮(NVP)為原料，在深共晶溶劑(DES)中一步光引發(fā)聚合，合成了一種新型共晶膠。豐富的氫鍵相互作用和親水性聚乙烯吡咯烷酮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使共聚物在空氣和水下的親疏水表面都具有良好的粘附性。此外，對于親水基材，共聚膠粘劑在水下的粘附強(qiáng)度是在空氣中的1.3倍，表現(xiàn)出水下增強(qiáng)的粘附效果。相比之下，疏水基材在水下的附著強(qiáng)度低于在空氣中的附著強(qiáng)度。即使在沸水、強(qiáng)酸性介質(zhì)、強(qiáng)堿性介質(zhì)和有機(jī)溶劑中，也能保持較強(qiáng)的附著力。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果揭示了共聚物在水下增強(qiáng)附著力的機(jī)理。相信所設(shè)計(jì)的具有水下粘附能力和高環(huán)境適應(yīng)性的下一代凝膠粘合劑的開發(fā)中具有很大的前景。

圖1、(a) PVP共聚膠粘劑形成示意圖。(b)在空氣和水下用PVP共聚膠粘接200克不銹鋼重物的各種表面的圖片。(c) PVP共聚膠在空氣中和水下浸泡30min后在各種基材上的粘接強(qiáng)度。

圖2、(a) PVP共聚膠粘劑在空氣和水下的粘附機(jī)理。(b) H₂O -玻璃、尿素-玻璃、H₂O-PTFE和尿素- ptfe的計(jì)算相互作用能。(c)熒光標(biāo)記水中PVP共聚物的CLSM圖像。(d) PVP共聚物的接觸角測量。

圖3、浸泡時(shí)間(a)和溫度(b)對PVP共聚物水下粘接強(qiáng)度的影響。(c)在沸水(98?c)中浸泡30分鐘后PVP共聚物在玻璃上的防水附著力。(d) PVP共聚物在玻璃基材上的可回收水下附著力。(e)顯示PVP共聚物在原位快速封堵漏水的圖像。

圖4、PVP共聚物在玻璃上的加載試驗(yàn)(a)和相應(yīng)的粘附強(qiáng)度(b)，其中粘附物分別在普通有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸溶液和強(qiáng)堿溶液中制備。(c)我們的PVP共聚物與先前報(bào)道的凝膠粘合劑的粘合性能比較。

綜上所述，我們通過光引發(fā)聚合NVP在深共晶溶劑ChCl -尿素中成功地開發(fā)了一種新型的共晶基粘合劑。豐富的氫鍵相互作用和親水性的聚乙烯吡咯烷酮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使共聚物在空氣和水下均具有優(yōu)異的粘附性能。此外，共聚物在木材和玻璃等親水性基材上的水下附著力增強(qiáng)，其水下附著力是空氣中的1.3倍。相比之下，對于疏水基材(塑料、硅酮和聚四氟乙烯)，在水下的粘附強(qiáng)度低于在空氣中的粘附強(qiáng)度。此外，共聚物在沸水和有機(jī)溶劑等惡劣環(huán)境中也表現(xiàn)出很強(qiáng)的粘附性能。這種新型共聚膠粘劑為下一代水下膠粘劑的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了新的前景。