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清华大学张希院士、徐江飞副研究员课题组:超强且可多次重复粘接的超分子环氧热熔胶

清华大学张希院士、徐江飞副研究员课题组:超强且可多次重复粘接的超分子环氧热熔胶 高分子科技
2021-06-28
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导读:超分子环氧热熔胶融合了热固性热熔胶的高粘接强度和热塑性热熔胶的可多次重复粘接这一对不易兼得的优点,为研制超强且可复用的热熔胶材料提供了新的思路。
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热熔胶是一类具有固化速度快和无溶剂等优点的胶粘剂材料,被广泛应用在封装、汽车和电子制造等行业。其中,热固性热熔胶具有粘接强度高的特点,热塑性热熔胶具有可多次重复粘接的特点。如何结合两者的优点,制备粘接强度高并且可多次重复粘接的热熔胶材料对该领域的发展具有重要的意义。

图1. 超分子环氧热熔胶的制备示意图。


最近,清华大学化学系张希院士、徐江飞副研究员课题组提出了向非共价交联程度高的热熔胶网络中引入柔性侧链的新策略,成功地制备了具有超高粘接强度且可多次重复粘接的超分子环氧热熔胶。如图1所示,他们通过环氧和胺的缩聚反应制备了非共价交联点为四重氢键、柔性侧链为聚丙二醇的超分子环氧热熔胶。其中,四重氢键非共价交联点能够确保热熔胶材料具备一定的力学强度和多次重复粘接的性质;柔性侧链的引入则能够提高链段运动能力,增强材料传递力的能力,从而实现提高粘接强度的目标。研究表明,通过引入少量柔性侧链,超分子环氧热熔胶的粘接强度显著提升(图 2a);当引入柔性侧链的摩尔比为0.2时,热熔胶 SEA0.2 粘接不锈钢的搭接剪切强度高达10.2 MPa。过多的柔性侧链则会降低热熔胶材料的杨氏模量,从而使粘接强度降低。基于四重氢键的可逆解离与缔合,在80 ℃ 粘接5分钟的较温和使用条件下重复粘接6次后,热熔胶SEA0.2的粘接强度仍能维持在8.2 MPa以上,表明其具有优异的可重复粘接性(图 2b)。此外,对于不同类型的基底,如不锈钢、铝、铜、氧化铝、环氧树脂和椴木,超分子环氧热熔胶的粘接强度均超过了主要的商业热熔胶产品(图 2c)。尤为注意的是,通过热熔胶SEA0.2粘接的铁片能够承受三名总重为270 kg成年人的垂直拉伸,展示了其超高的粘接强度(图 2d)。

图2. (a)不同柔性侧链含量的超分子环氧热熔胶的搭接剪切强度;(b)重复粘接若干次后热熔胶SEA0.2的搭接剪切强度;(c)超分子环氧热熔胶与商业热熔胶产品的搭接剪切强度进行对比;(d)热熔胶SEA0.2粘接的铁片承受三名总重为270 kg成年人垂直拉伸照片。


超分子环氧热熔胶融合了热固性热熔胶的高粘接强度和热塑性热熔胶的可多次重复粘接这一对不易兼得的优点,为研制超强且可复用的热熔胶材料提供了新的思路。这一研究策略有望拓展至其它类型的功能材料,发展使用性能好且绿色可再生的超分子功能材料体系。


该研究以Super Strong and Multi-Reusable Supramolecular Epoxy Hot Melt Adhesives为题发表在ACS Materials Letters 上。文章作者:PengSun (孙鹏), Yuquan Li (李育全), Bo Qin (秦博), Jiang-Fei Xu (徐江飞), Xi Zhang (张希)


原文链接:

https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.1c00277


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