《ACS Materials Lett.》吉林大学孙俊奇：PVA/PAA超强水基超分子胶粘剂

非金非土非木

2021年5月28日 10:25

【科研摘要】

对于低成本和大规模制造具有良好粘合性能的水基粘合剂，仍然是一个巨大的挑战。最近，吉林大学孙俊奇教授团队通过在水溶液中络合市售的聚乙烯醇（ PVA）和聚丙烯酸（PAA）来制造具有长期稳定性的超强水性超分子粘合剂。凝胶状的PVA/PAA粘合剂可以方便地注入并散布在目标位置上，以牢固粘合各种被粘物，例如玻璃，金属和木材。

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PVA/PAA粘合剂对玻璃基材的粘合强度约为5.9 MPa，对木材的粘合强度约为14.3 MPa。干燥的PVA/PAA粘合剂通过PVA和PAA之间的高氢键密度以及聚合物链的物理缠结而交联，这决定了粘合剂的内聚力。粘合剂表面具有丰富的非复合羟基和 /或羧酸基团，可以与被粘物表面建立氢键，配位键和范德华相互作用，从而实现超强粘合。

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掺入Laponite RD（Lap）粘土可进一步增强所得PVA/PAA-Lap粘合剂的粘合强度。结果，用PVA/PAA-Lap粘合剂粘合面积为50 mm×50 mm的木桥可以承受约179 kg的重量而不会破裂。相关论文以题为 Superstrong Water-Based Supramolecular Adhesives Derived from Poly(vinyl alcohol)/Poly(acrylic acid) Complexes 发表在《 ACS Materials Lett ers 》上。

【主图导读】

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图 1. （a）通过PVA和PAA之间的络合制备PVA/PAA粘合剂的过程示意图。（b）PVA ₅ /PAA _{1_450k} 粘合剂的照片。（c）通过1 H NMR光谱法测量的PVAm/PAAn_Mw粘合剂的组成的摘要。（d）PVA ₅ /PAA _{1_450k} 粘合剂的剪切稀化行为。（e）从注射器中挤出PVA ₅ /PAA _{1_450k} 粘合剂以粘合两块载玻片的照片。

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图 2. （a）使用载玻片作为被粘物的搭接剪切试验的示意图。用牢固的市售胶水将粘着的玻璃载玻片固定在铁载玻片上，然后拉动两块铁载玻片以确保最终的破坏发生在测试的粘合剂上。（b）PVA ₅ /PAA _{1_450k} 粘合剂，PVA和PAA的搭接剪切强度。（c）用PVA ₅ /PAA _{1_450k} 粘合剂胶粘的两块分离的载玻片的光学显微镜图像和SEM图像：（i）没有粘合膜的载玻片；（ii，iii）具有粘合膜的载玻片。（d）PVA _m /PAA _{n_450k} 粘合剂在PVA与PAA的进料单体摩尔比不同时的搭接剪切强度（m ： n）。（e）提出的用于粘合被粘物的PVA/PAA粘合剂的机理。

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图 3. （a）PVA ₅ /PAA _{1_450k} 粘合剂的搭接剪切强度与老化时间的关系。（b）新制备的PVA ₅ /PAA _{1_450k} 粘合剂和相同的粘合剂老化8天后的储能模量与频率的关系。（c）PVA ₅ /PAA _{1_Mw} 粘合剂的搭接剪切强度随PAA分子量的变化而变化。（d）具有不同分子量的PAA的PVA ₅ /PAA _{1_Mw} 粘合剂的储能模量与频率的关系。

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图 4. （a）具有不同进料单体摩尔比的PVA与PAA（m：n）的PVA _m /PAA _{n_450k-Lap} 粘合剂的搭接剪切强度。（b）照片显示，两片载有PVA ₁ /PAA _{1.5_450k-Lap} 粘合剂的载玻片可以支撑约15.5 kg的重量。（c）用PVA ₁ /PAA _{1.5_450k-Lap} 粘合剂粘合的两块玻璃的照片。（ d）用于不同类型基材的PVA ₁ /PAA _{1.5_450k-Lap} 粘合剂的搭接剪切强度。（ e）用三块木板用PVA ₁ /PAA _{1.5_450k-Lap} 粘合剂粘合而成的木桥可以承受八个哑铃，总重量约为179公斤。