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水下膠黏劑是指能在水中維持高粘結(jié)強(qiáng)度的一類膠黏劑，在生物醫(yī)學(xué)和工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但這類膠黏劑使用場合要求高，制備高性能的耐水膠黏劑仍是一大挑戰(zhàn)，尤其是膠帶型膠黏劑，要求在與基材表面接觸時能快速去除表面水分，并與基材形成牢固的粘結(jié)作用力，且在水中能保持膠接強(qiáng)度不受破壞。我校邱仁輝教授、劉文地教授團(tuán)隊設(shè)計了一種基于鏈-環(huán)交錯結(jié)構(gòu)的水下膠黏劑疏水保護(hù)策略，通過光固化技術(shù)制備了一種以植物油為原料的生物基水下膠黏劑。首先合成了一種棕櫚油衍生的兩親性單體——棕櫚油脂肪酸丙烯酰胺乙酯（POFA-EA），利用POFA-EA上親水酰胺基團(tuán)和疏水脂肪酸鏈的特征，設(shè)計了一種以酰胺基團(tuán)作為活性點與基材形成粘結(jié)、而疏水脂肪酸作為保護(hù)的水下膠黏劑；針對長鏈脂肪酸鏈易發(fā)生移動的問題，進(jìn)一步引入異冰片烯結(jié)構(gòu)與脂肪酸協(xié)同形成鏈-環(huán)交錯結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)疏水保護(hù)作用（圖1）。
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傳統(tǒng)膠帶型膠黏劑多為熱塑性聚合物，以便實現(xiàn)可重復(fù)多次使用，但其制備過程存在能耗高、使用有機(jī)溶劑等缺點。因此，論文利用POFA-EA上丙烯基的光反應(yīng)活性，采用光固化技術(shù)制備了一種以POFA-EA和甲基丙烯酸異冰片酯共聚的熱塑性膠黏劑，該聚合物側(cè)鏈同時存在脂肪酸鏈和異冰片烯結(jié)構(gòu)。通過分子動力學(xué)模擬和實驗相結(jié)合的方法驗證了疏水保護(hù)策略的有效性，制備的水下膠黏劑耗散能力強(qiáng)、粘結(jié)強(qiáng)度高，能與各類基材如金屬、木材、塑料等形成牢固的粘結(jié)；與金屬粘結(jié)后保持在水中15天而強(qiáng)度不受影響，可重復(fù)粘結(jié)次數(shù)達(dá)50次（圖2）。相關(guān)成果發(fā)表于材料綜合類刊物Applied Materials Today。
圖1 棕櫚油基水下膠黏劑的設(shè)計原理（a）POFA-EA/IBOA樹脂紫外光固化機(jī)理；（b）膠黏劑膠接及防水機(jī)理 
圖2 棕櫚油基水下膠黏劑的結(jié)構(gòu)與性能（a）樹脂吸水性對比；（b）膠黏劑原子力顯微照片；（c）對不同基材的膠接強(qiáng)度；（d）膠接金屬15天后情形；（e）隨時間變化的膠接強(qiáng)度；（f）膠黏劑重復(fù)使用后的強(qiáng)度；（g）封堵漏水
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論文第一作者為林業(yè)工程專業(yè)博士生吳宇超，邱仁輝教授和劉文地教授為論文共同通訊作者，福建農(nóng)林大學(xué)為唯一通訊單位。該工作得到國家自然科學(xué)基金（32171697和32071699）和福建省林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)重點科技攻關(guān)項目（2021FKJ02）的資助。
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來源：材料工程學(xué)院
本期編輯：福建農(nóng)林大學(xué)融媒體中心
責(zé)任編輯：卞麗媛
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