“迷人”胶黏剂：可水中粘接，竟能修补沉船、水下固沙！

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• 国际知名期刊《德国应化》：新一代水下用胶，有效粘接聚丙烯
• 100%固含UV医用胶，可水下使用，粘接强度比商用CA胶高4倍
  
• 通过S-S结构的氧化还原，实现可逆的水下粘合
  
• 什么胶水既能水下粘结，又能重复多次使用？

今天，将继续介绍由中国科学院兰州化学物理研究所科研团队所研发的另一种水下自适应增强胶黏剂：它实现了苛刻环境下（高/低pH、海水）牢固的水下粘接（1600 kPa），在水下固沙、水中修复和黏附失效检测方面获得了应用验证。

此外，科研团队还深入研究并提出了基于物理化学耦合的多尺度深度去水化机制，或将对后来者的进一步研究有不错的指导意义。

该文章发表在世界名刊PNAS《美国科学院院报》上，它是美国国家科学院的院刊，与《自然》和《科学》一样，是世界上最負盛名的基础科学领域的学术期刊之一。

研究人员开发的这种胶黏剂，不同于日常生活中使用的胶水（一旦遇到水立马变成没有粘性）：它一旦挤涂到被粘物体表面，会迅速地浸润和铺展；与此同时，胶液周围会生成一圈气泡，有助于把表面的水排开，给胶水和黏附界面的充分接触提供了条件；随着时间的增加，湿黏附胶的流动性消失，其内聚能增加，基于前期充分形成的界面接触状态和相互作用，黏附胶将会把两个目标接触面牢牢粘接在一起。

该黏附剂表现出优异的水下黏附性能和广泛的基材适用性，在淡水中的黏附强度峰值超过1600kPa，相当于手掌大小的黏附面积，能够挂起1.6吨的重物（相当于一辆普通小轿车的重量）。

The underwater adhesion performance of the SLU-adhesive. (A–C) Adhesion strengths of SLU-adhesive to different substrates after soaking in water for 10 min, 1.5 h, and 12.5 h. (D) The relationship between the adhesion strength to PMMA and the soaking time. (E) Adhesion strengths of SLU-adhesive to Fe and PI sheets after soaking in different pH media for 12.5 h. (F) Adhesive strengths of SLU-adhesive to different substrates after soaking in artificial seawater for 24.5 h.

相比淡水，海水组分更加复杂，海水中的盐分和较高的pH对胶黏剂具有极强的破坏作用，极易导致胶黏剂水化、溶解和失效。然而，在海水中该胶黏剂凭借自身官能团对水的惰性、稳定的交联网络和深度去水化机制，依然保持较高的黏附强度和稳定的黏附性能。

鉴于以上实验现象，该科研团队总结出了一种物理和化学耦合的去除界面水膜的方法，该方法包括多个尺度的去水化过程：

首先，基于黏附胶优异的润湿性实现在毫米尺度对界面水的物理替代；

The adhesion mechanism of SLU-adhesive in the spreading process. (A) Contact angles of SLU-adhesive and water on different substrates (from Left to Right: respectively, PI, PET, PMMA, PE, PP, aluminum sheet, Titaniumsheet and Fe sheet. Above: water, below: adhesive). 

其次，通过胶黏剂中异氰酸酯片段与水的化学反应而形成的气膜，实现在微米尺度对界面水的物理屏蔽；

The process of gas film dispelling interfacial water. The SLU-adhesive spread on the fully immersed glass substrate surface and the adhesive boundary surrounded a gas film to remove interfacial water.

最后，在分子尺度基于化学反应实现对界面结合水的消耗，并配合胶黏剂的自适应凝胶化，最终获得了水下的高强度黏附。

The theoretical study and schematic diagram of the self-strengthening mechanism of water-induced adhesive in the spreading process. Scanning electron microscope (SEM) shows a sandcastle worm-like protein pore structure inside SLU-adhesive

这款可在水下直接作业、深度去水化、高强度黏附，且带有自检测功能的胶黏剂，在水下工程领域具有非常重要的应用。添加碳纳米管的黏附胶具有传感特性，可根据黏附胶自身反馈的导电情况去监测其安全状态，如轮船在航行中突发破损，其黏附材料的电导率将会发生突变，我们可马上采取措施，在破损处进行带水修复。

除此之外，凭借良好的粘接性能和无外界能量输入的自适应交联特性，该黏附胶也有望实现水下固沙应用。

最后，平心而论，单纯看测试数据的绝对值，且不考虑其它学术报道真假与否，如果从粘接强度角度看，这款水下胶粘剂并没有真的表现出高强度黏附（相比其它报道数据），但是该文章根据实验现象而提出的物理和化学耦合的多尺度深度去水化机制对水下黏附材料的设计具有一定的指导意义，值得交流学习。