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中山大學(xué)章明秋、容敏智教授團(tuán)隊(duì) Mater. Horiz.：聚合物可逆互鎖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對難粘材料的高強(qiáng)粘合、按需脫粘和反復(fù)粘合
2023-08-07  來源：高分子科技

  親水性材料與疏水性材料的粘合具有廣泛的應(yīng)用需求，但實(shí)施的難度較高，如聚四氟乙烯涂覆金屬基材的不粘鍋、聚乙烯內(nèi)襯鋼管、建筑用鋁塑板等，由于被粘物表面特性截然不同，粘合時(shí)需要采用繁復(fù)的表面處理和多層過渡工藝。


  近期，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院章明秋、容敏智教授團(tuán)隊(duì)將他們之前發(fā)明的聚合物可逆互鎖網(wǎng)絡(luò)（ILNs）應(yīng)用于此類場景，可在顯著簡化相關(guān)膠膜的制備和使用過程的同時(shí)，獲得良好的粘接性能。


  ILNs是利用兩種動(dòng)態(tài)交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可逆變換，使得不同交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)間的分子鏈擴(kuò)散與混合成為可能，待混合完全后再通過動(dòng)態(tài)可逆共價(jià)鍵閉合來重筑交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，最終得到由不同子網(wǎng)絡(luò)穿插互鎖形成的均勻復(fù)合交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其中的子網(wǎng)絡(luò)之間沒有共價(jià)鍵連接，具有相對的獨(dú)立性，避免了常規(guī)聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)（IPNs）體系中無法避免的聚合過程相分離現(xiàn)象（Mater. Today, 2020, 33, 45；高分子學(xué)報(bào)，2023, 54, 14）。


  在本工作中，作者以太陽能光伏組件為對象，這類組件通常采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）作為封裝膜，將鋼化玻璃面板、硅基太陽能電池和含氟背板TPT粘接成一個(gè)整體，因而可將相應(yīng)的科學(xué)問題可簡化為如何實(shí)現(xiàn)親水性玻璃與疏水性TPT的粘合。作者分別合成了動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵交聯(lián)的聚丙烯酸酯（SN-PA）和動(dòng)態(tài)雙硫鍵交聯(lián)的聚氨酯（SN-PU），后者同時(shí)含有少量鋯離子，然后根據(jù)前期研究建立的方法得到ILNs，并將其置于鋼化玻璃與TPT之間。在一定壓力和加熱的輔助下，ILNs中的兩類可逆動(dòng)態(tài)鍵被激活，網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)部分解交聯(lián)，在兩側(cè)不同基材的誘導(dǎo)下發(fā)生自分層，從而使得親水的SN-PA和疏水的SN-PU分別相應(yīng)富集于玻璃和TPT側(cè)。此時(shí)低分子量的網(wǎng)絡(luò)碎片流動(dòng)性較好，易于浸潤各自熱力學(xué)有利的基材，當(dāng)體系溫度降至室溫時(shí)，ILNs重新形成，得到類Janus結(jié)構(gòu)，并與玻璃和TPT建立較強(qiáng)的界面物理互鎖和化學(xué)鍵合，特別是鋯離子因其與氟的作用而滲入TPT表層，形成橋聯(lián)TPT和SN-PU的配位鍵，這些措施有利于同步提高ILNs與玻璃和TPT的黏附力。另外，ILNs內(nèi)部的互鎖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)依然保留，賦予其優(yōu)異的力學(xué)耗散能力，保證膠膜的內(nèi)聚強(qiáng)度（圖1）。有關(guān)測試表明，玻璃/ILNs/TPT粘合試樣的剝離強(qiáng)度高達(dá)64.86 N/cm，這不但優(yōu)于一系列對照樣（包括商品化EVA、3M膠帶、同種原材料制備的IPNs），而且優(yōu)于目前文獻(xiàn)報(bào)道類似體系的數(shù)據(jù)。


圖1 (a) ILNs的制備及原位形成類Janus型粘合劑的過程示意圖；(b) ILNs與玻璃和TPT的界面相互作用及ILNs中的內(nèi)聚作用。

  此外，由于界面處的氫鍵、配位鍵以及ILNs含有的動(dòng)態(tài)可逆鍵，玻璃/ILNs/TPT粘合試樣能夠在60 oC乙醇溶液中解離，所得回收液干燥后，重新獲得ILNs，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與使用前一致，并且可繼續(xù)作為粘合膠膜使用，這實(shí)際上為廢棄太陽能光伏組件目前面臨的拆解難題提供了一個(gè)簡單可行、綠色環(huán)保的解決方案。
從原理上看，本工作還可以方便地應(yīng)用于粘合其它親水性材料和疏水性材料對。


  論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH00514C

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（責(zé)任編輯：xu）
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