西南林业大学杜官本/杨龙团队《Chem. Eng. J.》：高强度、自引发、宽pH范围的水下粘合剂 - 适用于不同的恶劣环境

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引入新的单体、构建新的结构来制备能够在各种基材和恶劣潮湿环境中保持高强度粘接的胶黏剂，是现代多功能型胶黏剂发展的主流思路。然而，复杂的合成、苛刻的使用条件(例如：紫外光照、催化剂、加热等)和过高的生产成本限制了这些技术的发展。近日，西南林业大学杜官本/杨龙团队利用一步法制备了在多种基材以及水环境下具有高粘接强度的水下胶黏剂p-formylphenyl acrylate (FPA，图1)，且实现了在酸性、碱性和模拟海水等水环境下的高强度粘接。FPA通过自身醛基诱导空中氧气产生氧自由基引发烯烃聚合为poly-FPA，使得胶黏剂在无需加热、光照、催化剂和固化剂等条件下即可进行自引发固化，并深入研究了醛基诱导氧自由基引发烯烃聚合的反应机理以及在多种基材和水环境下的粘接强度。相关成果以“High-Strength, Self-Initiated, Wide pH Range of Underwater Adhesive Suitable for Different Severe Environments”为题发表在化工领域著名期刊Chemical Engineering Journal（一区，IF：16.744）上。论文的通讯作者为杨龙研究员、杜官本教授和周备助理研究员，第一作者为杨龙研究员课题组2019级硕士研究生任俊宇同学，云南大学刘畅博士通过DFT理论计算模拟对poly-FPA胶黏剂与基材之间的黏附模式及黏附机理进行了研究。

图1 FPA胶黏剂的水下粘接过程及粘接机理

利用对羟基苯甲醛和丙烯酰氯进行酯化反应一步合成胶黏剂，构建了分子内包含醛基和烯烃结构的FPA小分子，在醛基的诱导下空气中氧气产生氧自由基引发烯烃聚合生成poly-FPA高度交联网络结构（图1）。研究发现FPA粘合剂在钢、铝、玻璃、PVC、木材、竹材等不同基材上具有良好的粘接强度，可达19.1 MPa、8.2 MPa、6.4 MPa、2.6 MPa、3.5 MPa、3.2 MPa，进一步发现FPA在1M HCl、1M NaOH和5% NaCl水溶液等更为严苛环境中粘接钢材的强度分别能达到6.3 MPa、4.3 MPa、6.6 MPa。此外，作者还通过DFT理论计算模拟研究了聚合物胶黏剂poly-FPA与基材之间的黏附模式及黏附机理。该工作得到了国家自然科学基金面上/地区项目、云南省基础研究计划-优青项目、云南省高层次人才培养支持计划“青年拔尖人才”、云南省中青年学术和技术带头人后备人才、全国博士后创新人才支持计划的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140640

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