粘合剂作为现代生活和工业中不可缺少的化学品，已广泛应用于汽车、建筑、医疗、包装、可穿戴设备和航空航天领域，对具有多功能和多种环境适应性的先进粘合剂材料的需求也不断增加，以满足特定场景下的要求。
然而，如何克服聚合物粘合剂内聚力和界面粘附力之间的矛盾，开发集高粘合强度、良好的可重复使用性和广泛的恶劣环境适应性于一体的多功能粘合剂仍是一项巨大的挑战。
近日，中山大学余丁山教授团队提出了一种通用的枝状分子掺杂策略，将低粘合强度的商业聚合物转化为集高粘合强度、耐超低温、耐水和可重复使用特性于一体的新型超分子粘合剂。
首先，通过将预先设计合成的具有端羟基和适宜长度烷基链的刚柔并济的三枝分子M4C8OH，并将其掺杂到商业聚合物聚己内酯（PCL）中，构筑了基于氢键相互作用的PCL-M4C8OH粘合剂。充分挖掘了枝状分子的结构优势，可同时调控聚合物内部及与被粘界面间的非共价相互作用，实现了内聚力和界面粘附力的同时提升，使得PCL-M4C8OH在一系列金属和聚合物基材表面显示出高的粘合强度。特别是在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基材上，粘合强度达到4.67 MPa，优于目前大部分市售和文献报道的粘合剂。进一步探索了PCL-M4C8OH的重复使用性及其在恶劣环境下的耐受性，发现其能经历10次粘合/脱粘循环，且在-196 °C的低温环境，以及在水、海水、盐酸等不同的湿环境下均显示出良好的粘合性能。将枝状分子掺杂策略也扩展至其他商业聚合物中，构筑了一系列的枝状分子掺杂聚合物的新型粘合剂，实现了粘合强度、重复使用性和恶劣环境耐受性的提升，证明了该掺杂策略的普适性。此外，探索了PCL-M4C8OH在悬挂重物、修补破损物品等实际应用方面的潜力。
此外，系统地研究了枝状分子的化学结构对粘合性能的影响，发现M4C8OH掺杂剂含有的末端羟基、适宜长度烷基链和刚柔并济的枝状分子结构是实现最佳粘合性能的关键因素。该枝状分子掺杂策略有望成为开发先进的超分子粘合剂的通用方法，实现在恶劣环境中的多功能应用。
论文信息
Rigid-Flexible Coupled Dendritic Molecule Doping: General Approach to Activate Commercial Polymers into Harsh Condition-Tolerant Multi-Reusable Strong Supramolecular Adhesives
Jie Feng, Ziwei Lin, Yang Zhang, Long Fang, Qikai Zhu, Prof. Dingshan Yu
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202411815
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