相較于依賴共價(jià)鍵交聯(lián)的傳統(tǒng)聚合物膠黏劑,基于非共價(jià)相互作用(如氫鍵、π-π堆積和主-客體識(shí)別)的超分子膠黏劑展現(xiàn)出獨(dú)特的可逆性和可調(diào)性優(yōu)勢(shì)。然而,其核心挑戰(zhàn)在于非共價(jià)鍵的固有弱性導(dǎo)致黏附強(qiáng)度不足。盡管通過構(gòu)建多組分體系可引入更多相互作用以增強(qiáng)黏附性能,可是其內(nèi)在組成的復(fù)雜性又模糊了構(gòu)效關(guān)系,限制了材料的按需設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化。
圖1. (a)分子結(jié)構(gòu)式;(b)協(xié)同超分子-共價(jià)聚合策略實(shí)現(xiàn)顯著黏附性能的示意圖。
近期,吉林大學(xué)超分子結(jié)構(gòu)與材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姜世梅教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新型三臂多功能分子 BTA-C7,旨在利用超分子與共價(jià)聚合的協(xié)同策略實(shí)現(xiàn)卓越的黏附性能。BTA-C7 具有中心的苯-1,3,5-三甲酰胺(BTA)核心,其上延伸出氰基二苯乙烯基團(tuán),每個(gè)基團(tuán)末端均連接一個(gè)苯并冠醚大環(huán)。在常溫常壓下,BTA-C7通過分子間氫鍵、π-π和范德華力的協(xié)同作用自組裝形成超分子網(wǎng)絡(luò),并展現(xiàn)出2.28 MPa的基準(zhǔn)黏附強(qiáng)度。值得注意的是,依托高度有序的超分子網(wǎng)絡(luò)提供的限域效應(yīng),在紫外光照射下,氰基二苯乙烯基團(tuán)可通過[2+2]環(huán)加成反應(yīng)發(fā)生共價(jià)光交聯(lián),此過程顯著增強(qiáng)了體系的黏附強(qiáng)度(30 kg·cm?2承載能力,5.18 MPa剪切強(qiáng)度)(圖1)。通過監(jiān)測(cè)光照過程中體系的組成及形貌演變,建立了宏觀性能與微觀分子排列之間的構(gòu)效關(guān)系(圖2)。與模型化合物 BTE-C7(酰胺單元被酯基取代)和BTA-O7(冠醚基團(tuán)被二醇鏈取代)的對(duì)比研究揭示,酰胺與冠醚單元對(duì)于超分子網(wǎng)絡(luò)的形成和共價(jià)交聯(lián)的實(shí)現(xiàn)均不可或缺。
圖2.(a)黏附強(qiáng)度隨光照時(shí)間的變化。(b) BTA-C7膠黏劑在48小時(shí)紫外線照射后承受30 kg負(fù)載的照片。(c)不同光照時(shí)間的AFM圖像。
該工作以“Single-Component High-Performance Adhesives Enabled by Synergistic Supramolecular and Covalent Polymerization” 為題發(fā)表在《Journal of the American Chemical Society》上(J. Am. Chem. Soc. 2025. DOI: 10.1021/jacs.5c06302)。文章第一作者是吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生邵研。吉林大學(xué)姜世梅教授和意大利米蘭理工大學(xué)Massimo Cametti教授為共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c06302
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