清華大學張希院士、徐江飛副研究員課題組：超強且可多次重復粘接的超分子環氧熱熔膠

非金非土非木

2021年6月29日 10:37

熱熔膠是一類具有固化速度快和無溶劑等優點的膠粘劑材料，被廣泛應用在封裝、汽車和電子制造等行業。其中，熱固性熱熔膠具有粘接強度高的特點，熱塑性熱熔膠具有可多次重復粘接的特點。如何結合兩者的優點，制備粘接強度高并且可多次重復粘接的熱熔膠材料對該領域的發展具有重要的意義。

清華大學張希院士、徐江飛副研究員課題組：超強且可多次重復粘接的超分子環氧熱熔膠的圖1

圖1. 超分子環氧熱熔膠的制備示意圖。

最近，清華大學化學系張希院士、徐江飛副研究員課題組提出了向非共價交聯程度高的熱熔膠網絡中引入柔性側鏈的新策略，成功地制備了具有超高粘接強度且可多次重復粘接的超分子環氧熱熔膠。如圖1所示，他們通過環氧和胺的縮聚反應制備了非共價交聯點為四重氫鍵、柔性側鏈為聚丙二醇的超分子環氧熱熔膠。其中，四重氫鍵非共價交聯點能夠確保熱熔膠材料具備一定的力學強度和多次重復粘接的性質；柔性側鏈的引入則能夠提高鏈段運動能力，增強材料傳遞力的能力，從而實現提高粘接強度的目標。研究表明，通過引入少量柔性側鏈，超分子環氧熱熔膠的粘接強度顯著提升（圖 2a）；當引入柔性側鏈的摩爾比為0.2時，熱熔膠 SEA0.2 粘接不銹鋼的搭接剪切強度高達10.2 MPa。過多的柔性側鏈則會降低熱熔膠材料的楊氏模量，從而使粘接強度降低。基于四重氫鍵的可逆解離與締合，在80 ℃ 粘接5分鐘的較溫和使用條件下重復粘接6次后，熱熔膠SEA0.2的粘接強度仍能維持在8.2 MPa以上，表明其具有優異的可重復粘接性（圖 2b）。此外，對于不同類型的基底，如不銹鋼、鋁、銅、氧化鋁、環氧樹脂和椴木，超分子環氧熱熔膠的粘接強度均超過了主要的商業熱熔膠產品（圖 2c）。尤為注意的是，通過熱熔膠SEA0.2粘接的鐵片能夠承受三名總重為270 kg成年人的垂直拉伸，展示了其超高的粘接強度（圖 2d）。

清華大學張希院士、徐江飛副研究員課題組：超強且可多次重復粘接的超分子環氧熱熔膠的圖2

圖2. （a）不同柔性側鏈含量的超分子環氧熱熔膠的搭接剪切強度；（b）重復粘接若干次后熱熔膠SEA0.2的搭接剪切強度；（c）超分子環氧熱熔膠與商業熱熔膠產品的搭接剪切強度進行對比；（d）熱熔膠SEA0.2粘接的鐵片承受三名總重為270 kg成年人垂直拉伸照片。

超分子環氧熱熔膠融合了熱固性熱熔膠的高粘接強度和熱塑性熱熔膠的可多次重復粘接這一對不易兼得的優點，為研制超強且可復用的熱熔膠材料提供了新的思路。這一研究策略有望拓展至其它類型的功能材料，發展使用性能好且綠色可再生的超分子功能材料體系。

該研究以Super Strong and Multi-Reusable Supramolecular Epoxy Hot Melt Adhesives為題發表在ACS Materials Letters 上。文章作者：PengSun (孫鵬), Yuquan Li (李育全), Bo Qin (秦博), Jiang-Fei Xu (徐江飛), Xi Zhang (張希)

原文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.1c00277