如今，水下胶粘剂已经成为物体运输、医疗手术可拉伸电子产品等许多领域不可或缺的材料。尽管可逆水下胶粘剂易从粘接表面剥离有利于胶粘剂和基材循环利用而备受关注，但是其发展仍然处于初级阶段。其中，液体/粘性胶因其具有较高的粘接强度、良好的流动性和广泛的适用性而引起广泛关注。但是这些胶水大多不可逆地粘附在目标基板上，很难按需分离。此外，大多数现有的可逆水下胶粘剂通常存在粘合强度低或制造工艺复杂的缺点。基于此，中国科学院理化技术研究所的王树涛研究员和丛欢研究员（共同通讯作者）联合报道了一种由蒽基官能化聚乙烯亚胺（anth-PEI）组成的可逆水下胶粘剂。其具有强且可控的粘合强度、广泛的流动性和良好的相容性。在光和热刺激下，蒽二聚化赋予胶粘剂中交联聚合物网络的动态形成和断裂，从而进行可逆粘合。此外，胶粘剂可以自发的铺展在固体表面上并吸收界面水以充分接触，促进对各种基材和液体环境的强粘附。该研究将为开发下一代智能水下胶粘剂提供一种新思路。相关工作以题目为“A reversible underwater glue based on photo- and thermo-responsive dynamic covalent bonds”发表在Materials Horizons上。如图1所示，作者制备了一种蒽基官能化聚乙烯亚胺（anth-PEI）的可逆水下胶粘剂。分别合成了基于1-，2-和9-蒽的三种anth-PEI胶粘剂（图2a）。在其他相同条件下，2-anth-PEI胶粘剂的粘合强度在照射30 s即达到最大值（图2b）。但是9-anth-PEI胶粘剂的粘合强度在照射1 min后就超过2-anth-PEI和1-anth-PEI胶粘剂的粘合强度，2 min时即达到最大值（图2c）。此外，作者通过将不同摩尔比的9-anth加入到PEI中来评估蒽含量对水下粘合强度的影响（图2d）。研究发现含1.5%蒽基掺入比的9-anth-PEI胶粘剂的黏附强度最高。在相同照射时间下增加预负荷以进一步提高水下粘合强度（图2e）。在加热15 min后，随着热解温度的升高，粘合强度显着降低（图2f）。但是通过光照射1 min即可恢复降低的粘合强度（图2g）。同时，在照射2 min后可容纳200克重物，且在70℃加热后可分离（图2h）。接着，作者探究了anth-PEI胶粘剂的粘附机理和相容性。为了解9-anth-PEI胶粘剂的可逆水下粘附机理，作者首先研究了胶粘剂与基材之间的接触。在水下环境中，当一滴9-anth-PEI胶粘剂接触玻璃表面时，通过SEM观察到出现大的暗点且形成稳定状态，具有最小的扩散，表明水下粘附是有效的。同时，作者对比了在有和无光照射时，基板表面的变化。动态接触角测量证实了9-anth-PEI胶粘剂的良好吸湿性。在70℃加热时，在10 min内就部分地转变回流体粘性状态，使得水逐渐溶解并与基材分离。实验结果表明，将吸湿性聚合物主链与光/热响应性蒽部分结合能够实现有效且可逆的水下粘附。此外，9-anth-PEI胶粘剂在多种具有不同表面电荷和亲水性的基材上显示出有效的粘合性，具有广泛的潜在应用（图4）。最后，作者探究了9-anth-PEI胶粘剂的应用。裂解的硅橡胶可以在照射2 min后，通过9-anth-PEI胶粘剂固定，同时具有恢复的机械性能（图5a）。此外，还展示了在水下照射2 min后就可以吸附至少5 kg的重量（图5b）。同时，还可以在水下可见光照射后成功捕获和转移钢球（图5c）。这些都表明9-anth-PEI胶粘剂在水下可逆捕获和释放物体的潜力。总之，作者展示了一种光和热双重响应的可逆水下anth-PEI胶粘剂，具有强且可控的粘合强度、广泛的流动性和多功能性。此外，实现强水下粘合不需要任何表面预修饰。同时，该交联网络可以响应正交物理刺激，并且可以通过吸收界面水以提供丰富的静电和氢键相互作用来强烈地粘附到基质上。该研究为可逆水下胶粘剂提供了独特的设计思路。总之，该可逆水下胶粘剂将有望用于生物传感器、智能绷带等各种重要应用中。https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh01148j#!divAbstract
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来源：高分子科学前沿
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