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 什么是壓敏膠粘劑？

壓敏膠粘劑是一種同時(shí)具備著液體:粘性性質(zhì)和固體彈性性質(zhì)的軟聚合物材料，能夠在壓力下通過范德華力粘附于材料表面。近年來，壓敏膠在繃帶、標(biāo)簽、包裝和絕緣材料等商品中普遍存在，由于一次性塑料幾乎占塑料年產(chǎn)量的一半，因此在未來的材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域，材料的合成和分解必須滿足綠色化學(xué)的要求，同時(shí)需要具有與傳統(tǒng)材料相當(dāng)或更高的性能。

壓敏膠帶

亮點(diǎn)

近期，波士頓大學(xué)的Grinstaff教授介紹了一系列由碳酸酯三元共聚物組成的環(huán)保、可持續(xù)且響應(yīng)迅速的聚合膠粘劑。這種膠粘劑不僅可與金屬、玻璃、木材甚至PTFE牢固結(jié)合，并且在干燥和潮濕環(huán)境中均能通過調(diào)控溫度使其呈現(xiàn)出可逆的按需粘合，同時(shí)這種粘合劑能夠通過調(diào)控聚合物組成和微觀結(jié)構(gòu)，以獲得所需的化學(xué)、物理、降解和機(jī)械性能。

聚合膠粘劑的合成

如圖1所示，研究人員在40℃下由鈷配合物催化縮水甘油丁酯（GB）、環(huán)氧丙烷（PO）和CO2的三元聚合反應(yīng)，合成了聚（丙烯-共縮水甘油碳酸酯）（PPGBC）。GB的酯側(cè)鏈通過范德華力賦予其粘合性，而PO能夠更緊密地壓實(shí)聚合物鏈，提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和聚合物內(nèi)聚強(qiáng)度。此外，更重要的是，PPGBC降解所得到的單體均是無毒無害的食品添加劑成分。

圖1. 聚合膠粘劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

粘合強(qiáng)度

研究人員通過控制不同單體的進(jìn)料比得到了多種三元共聚物，并通過撕裂實(shí)驗(yàn)測試了所得共聚物的粘合強(qiáng)度，結(jié)果如圖2a所示，PPGBC-56和PGBC-100表現(xiàn)出優(yōu)異的粘合力，均表現(xiàn)出與市售3M膠帶相當(dāng)甚至遠(yuǎn)超它們的優(yōu)異粘合強(qiáng)度。

隨后，評估了粘合力最強(qiáng)的PPGBC-56對不同材料的粘附性，研究人員將其與金屬、玻璃、木材和PTFE進(jìn)行粘性測試。從圖2b可以看出，PPGBC-56具有與金屬、木材和玻璃的強(qiáng)粘合力，雖然對PTFE的粘合強(qiáng)度由于氟原子的高電負(fù)性而有所降低，但效果仍然可觀。

圖2. 膠粘劑在不同條件下的粘附性能。

溫度控制水下粘合強(qiáng)度

此外，研究人員為了證明能夠通過溫度變化控制粘合劑在水下的粘性狀態(tài)。在玻璃體的一側(cè)涂上PPGBC-56，將其浸入21℃的水中，再將金屬棒輕輕放在粘合劑表面上，靜置5秒后如圖3、4所示將其取出，可以看出金屬棒不會(huì)粘附在玻璃體上。

圖3. 21℃水下粘合實(shí)驗(yàn)

圖4. 21℃水下粘合實(shí)驗(yàn)

隨后，研究人員將水加熱到37°C，將同一根金屬棒放在涂有粘合劑的玻璃體表面，靜置5s后從水中移出，如圖5、6所示，金屬棒以足夠的力粘合到玻璃上，從而拿起并固定玻璃體；而當(dāng)水溫升至50℃時(shí)，金屬棒則與玻璃體分離，由于在此較高的溫度下，加熱會(huì)擴(kuò)大聚合物的體積，使分子間的范德華力減弱。

圖5. 37℃/50℃水下粘合實(shí)驗(yàn)

圖6. 37℃水下粘合實(shí)驗(yàn)

本篇文章中，研究人員合成了一系列環(huán)保、可持續(xù)的聚合膠粘劑，這些膠粘劑從環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)的角度來看，都是具有潛在商業(yè)用途的非常具有吸引力的材料。這種膠粘劑不僅可粘在多種化學(xué)材料上，而且其粘合力能夠超過市售3M膠帶。研究人員所介紹的這種方法不僅開辟了膠粘劑領(lǐng)域新的研究途徑，更重要的是促進(jìn)了對獨(dú)特功能性粘合劑材料的研究，有望滿足社會(huì)日益增長的需求！