比3M膠還強！綠色聚碳酸酯粘合劑
什么是壓敏膠粘劑？
壓敏膠粘劑是一種同時具備著液體:粘性性質和固體彈性性質的軟聚合物材料，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量的一半，因此在未來的材料設計領域，材料的合成和分解必須滿足綠色化學的要求，同時需要具有與傳統材料相當或更高的性能。
壓敏膠帶
亮點
近期，波士頓大學的Grinstaff教授介紹了一系列由碳酸酯三元共聚物組成的環保、可持續且響應迅速的聚合膠粘劑。這種膠粘劑不僅可與金屬、玻璃、木材甚至PTFE牢固結合，并且在干燥和潮濕環境中均能通過調控溫度使其呈現出可逆的按需粘合，同時這種粘合劑能夠通過調控聚合物組成和微觀結構，以獲得所需的化學、物理、降解和機械性能。
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）、環氧丙烷（PO）和CO2的三元聚合反應，合成了聚（丙烯-共縮水甘油碳酸酯）（PPGBC）。GB的酯側鏈通過范德華力賦予其粘合性，而PO能夠更緊密地壓實聚合物鏈，提高玻璃化轉變溫度和聚合物內聚強度。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. 聚合膠粘劑的化學結構
粘合強度
研究人員通過控制不同單體的進料比得到了多種三元共聚物，并通過撕裂實驗測試了所得共聚物的粘合強度，結果如圖2a所示，PPGBC-56和PGBC-100表現出優異的粘合力，均表現出與市售3M膠帶相當甚至遠超它們的優異粘合強度。
隨后，評估了粘合力最強的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、木材和玻璃的強粘合力，雖然對PTFE的粘合強度由于氟原子的高電負性而有所降低，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。在玻璃體的一側涂上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粘附在玻璃體上。
圖3. 21℃水下粘合實驗
圖4. 21℃水下粘合實驗
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；而當水溫升至50℃時，金屬棒則與玻璃體分離，由于在此較高的溫度下，加熱會擴大聚合物的體積，使分子間的范德華力減弱。
圖5. 37℃/50℃水下粘合實驗
圖6. 37℃水下粘合實驗
本篇文章中，研究人員合成了一系列環保、可持續的聚合膠粘劑，這些膠粘劑從環境和生物醫學的角度來看，都是具有潛在商業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域新的研究途徑，更重要的是促進了對獨特功能性粘合劑材料的研究，有望滿足社會日益增長的需求！
