国科大温研院陈强/川大崔为 Adv. Sci.：强韧、即时、可重复粘附的自愈合弹性体

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对于普通聚合物胶粘剂来说，可重复性和高粘接韧性往往是矛盾的，将这两个特性集成到一个粘合系统中仍然是一个艰巨的挑战。可重复性需要粘合剂和基材之间的相互作用是临时的，而高粘附韧性通常是通过永久粘接来实现的。本文报道了一种由软段和硬段组成的粘弹性弹性体，该弹性体在各种软、硬表面上表现出强韧、即时、可重复的粘附特性。这种互斥性的结合是聚合物链的高迁移率和界面周围弹性体的大粘弹耗散协同作用的结果。通过优化弛豫时间和机械耗散，得到的粘附韧性可达到2000J m^-2以上，优于目前市面上最好的胶粘剂。

现有的弹性体胶粘剂可分为两大类：临时型和永久型。临时型弹性体胶粘剂可以通过可逆的相互作用直接粘附在固体表面上，如范德华相互作用、氢键、疏水相互作用、可逆共价键和聚合物络合等。这种胶粘剂通常表现为快速、即时、可重复粘附，但由于基体在界面分离过程中的机械耗散作用有限，其粘附韧性较低。永久型弹性体胶粘剂可以通过开发永久链接来连接基材和弹性体粘合剂，来到达极强的粘接效果。例如，通过表面改性在弹性体粘合剂与底物之间形成不可逆的共价键，使粘接剂在界面分离时能够充分耗散能量；或者运用物理方法(如拓扑粘附,一种机械连锁)在弹性体胶粘剂和基材之间形成永久界面。然而，在去除过程中，永久型粘合剂的一部分不可避免地残留在基材表面，这使得产品无法回收。总之，弹性体胶粘剂强韧粘附和可重复粘附的结合一直是一个令人生畏的挑战。

理论上, 剥离测试中粘附韧性(Γ): Γ = Γ_i+ Γ_d, Γ_i: 粘附的内在功，与界面相互作用有关; Γ_d: 界面周围高度变形的胶粘剂所贡献的能量耗散。因此，同时实现可重复和强韧粘附需要可逆的界面相互作用和分离时界面附近材料的高能耗散的协同作用。理想的候选材料是粘弹性材料，它一方面具有较短的松弛时间，另一方面由于粘性耗散，在加载时表现出大量的滞后。短的弛缓时间导致聚合物链的高迁移率，通过范德华相互作用实现可重复粘附。同时，粘弹性材料在界面分离过程中会耗散大量的能量，从而获得较高的Γ_d。

基于上述考虑，在这里，他们报告了一种简单的弹性体系统，它可以即时、强韧、可重复的粘附在各种软硬表面。结合这些矛盾性质的关键是将均聚物具有不同玻璃化转变温度(T_g)的丙烯酸酯单体共聚，得到一个T_g略低于室温的共聚物。所得到的粘弹性弹性体，一方面具有较短的松弛时间，另一方面具有较高的能量耗散。这种协同作用使弹性体通过其聚合物链的高迁移率和界面分离时的大滞后表现出可重复且强韧的粘附特性。粘附韧性超过2000 J m^-2，而且重复100次以上的粘附/剥离循环，其粘附韧性损失很小。同时，弹性体具有自恢复性、自愈性和良好的耐久性。在一系列丙烯酸酯单体中，制造强韧、可重复粘附的粘弹性弹性体被证明是有效的，表明了该策略的普遍性。最后，由于弹性体和软基板之间的强韧粘附性，他们展示了多层电阻式传感器的简单组装，其组件也可以根据需要拆卸和回收利用。这项工作提供了一种简单的方法来开发强粘合剂，实现在不同表面的强韧和可重复粘附，这为降低工业领域回收混合器件的成本提供了巨大的潜力。

相关论文在线发表在 Advanced Science上。四川大学崔为副研究员、国科大温州研究院陈强研究员为共同通讯作者。

论文信息：

Tough, Instant, and Repeatable Adhesion of Self-Healable Elastomers to Diverse Soft and Hard Surfaces

Ke Li, Xingjie Zan, Chen Tang, Zhuangzhuang Liu, Jianghuan Fan, Gang Qin, Jia Yang,

Wei Cui,* Lin Zhu, and Qiang Chen*.

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202105742

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202105742

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