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西南林業(yè)大學(xué)杜官本/楊龍團(tuán)隊(duì)《Chem. Eng. J.》：高強(qiáng)度、自引發(fā)、寬pH范圍的水下粘合劑 - 適用于不同的惡劣環(huán)境
2022-12-03  來(lái)源：高分子科技
  引入新的單體、構(gòu)建新的結(jié)構(gòu)來(lái)制備能夠在各種基材和惡劣潮濕環(huán)境中保持高強(qiáng)度粘接的膠黏劑，是現(xiàn)代多功能型膠黏劑發(fā)展的主流思路。然而，復(fù)雜的合成、苛刻的使用條件(例如：紫外光照、催化劑、加熱等)和過(guò)高的生產(chǎn)成本限制了這些技術(shù)的發(fā)展。近日，西南林業(yè)大學(xué)杜官本/楊龍團(tuán)隊(duì)利用一步法制備了在多種基材以及水環(huán)境下具有高粘接強(qiáng)度的水下膠黏劑p-formylphenyl acrylate (FPA，圖1)，且實(shí)現(xiàn)了在酸性、堿性和模擬海水等水環(huán)境下的高強(qiáng)度粘接。FPA通過(guò)自身醛基誘導(dǎo)空中氧氣產(chǎn)生氧自由基引發(fā)烯烴聚合為poly-FPA，使得膠黏劑在無(wú)需加熱、光照、催化劑和固化劑等條件下即可進(jìn)行自引發(fā)固化，并深入研究了醛基誘導(dǎo)氧自由基引發(fā)烯烴聚合的反應(yīng)機(jī)理以及在多種基材和水環(huán)境下的粘接強(qiáng)度。相關(guān)成果以“High-Strength, Self-Initiated, Wide pH Range of Underwater Adhesive Suitable for Different Severe Environments”為題發(fā)表在化工領(lǐng)域著名期刊Chemical Engineering Journal（一區(qū)，IF：16.744）上。論文的通訊作者為楊龍研究員、杜官本教授和周備助理研究員，第一作者為楊龍研究員課題組2019級(jí)碩士研究生任俊宇同學(xué)，云南大學(xué)劉暢博士通過(guò)DFT理論計(jì)算模擬對(duì)poly-FPA膠黏劑與基材之間的黏附模式及黏附機(jī)理進(jìn)行了研究。 


圖1 FPA膠黏劑的水下粘接過(guò)程及粘接機(jī)理


  利用對(duì)羥基苯甲醛和丙烯酰氯進(jìn)行酯化反應(yīng)一步合成膠黏劑，構(gòu)建了分子內(nèi)包含醛基和烯烴結(jié)構(gòu)的FPA小分子，在醛基的誘導(dǎo)下空氣中氧氣產(chǎn)生氧自由基引發(fā)烯烴聚合生成poly-FPA高度交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)FPA粘合劑在鋼、鋁、玻璃、PVC、木材、竹材等不同基材上具有良好的粘接強(qiáng)度，可達(dá)19.1 MPa、8.2 MPa、6.4 MPa、2.6 MPa、3.5 MPa、3.2 MPa，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)FPA在1M HCl、1M NaOH和5% NaCl水溶液等更為嚴(yán)苛環(huán)境中粘接鋼材的強(qiáng)度分別能達(dá)到6.3 MPa、4.3 MPa、6.6 MPa。此外，作者還通過(guò)DFT理論計(jì)算模擬研究了聚合物膠黏劑poly-FPA與基材之間的黏附模式及黏附機(jī)理。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上/地區(qū)項(xiàng)目、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃-優(yōu)青項(xiàng)目、云南省高層次人才培養(yǎng)支持計(jì)劃“青年拔尖人才”、云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才、全國(guó)博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140640

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