《AM》湖南大學(xué)張世國(guó)：聚（離子液體）高校膠粘劑材料
2021年6月29日 10:41瀏覽：2325
膠粘劑材料在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但開發(fā)一種新型的多功能膠粘劑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。最近，
湖南大學(xué)
張世國(guó)教授
團(tuán)隊(duì)
通過簡(jiǎn)單地
將烷氧基部分引入含有雙（三氟甲磺酰亞胺）（
TFSI-）陰離子的 PIL 的陽(yáng)離子主鏈中，可以將傳統(tǒng)的聚（離子液體）（PIL）設(shè)計(jì)為高效粘合劑。
引入的柔性烷氧基鏈不僅降低了 PILs 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，而且賦予這些材料強(qiáng)大的氫鍵相互作用，與 PILs 獨(dú)特的靜電相互作用一起，同時(shí)有助于高內(nèi)聚能和界面粘附能。因此，與傳統(tǒng) PIL 的非粘性行為相比，這些烷氧基 PIL 在各種基材上具有高度粘性，例如玻璃、陶瓷、不
銹鋼、鋁和聚合物。利用離子液體與碳納米管或銀納米纖維之間的相容性制備光敏或?qū)щ姀?fù)合粘合劑。有趣的是，
PIL-2-TFSI 粘合劑對(duì)電場(chǎng)具有獨(dú)特且可逆的響應(yīng)，可將粘合強(qiáng)度提高 35%
。
相關(guān)論文以題為
Poly(ionic liquid)s Containing Alkoxy Chains and Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Anions as Highly Adhesive Materials
發(fā)表在《
A
dvanced Materials
》上。
示意圖1 烷氧基
PILs（PIL-m-TFSI）的結(jié)構(gòu)和其他供參考的樣品
：a）具有不同烷氧基鏈長(zhǎng)度的PIL-m-TFSI（m代表烷氧基鏈中的氧原子數(shù)）；b)具有不同抗衡陰離子的PIL-2-X（X代表抗衡陰離子的類型）；c) 不同季銨化程度的PIL-2-TFSI-R；d) 具有（PS-Im-der）或不具有（PS-der）離子單元的聚合物；e) 不含烷氧基的常規(guī) PIL。
圖1
a) PIL-2-TFSI 的結(jié)構(gòu)圖。b,c) 烷氧基 PIL 的溫度相關(guān)流變測(cè)試（角頻率 = 10 rad s
?
1
，應(yīng)變 = 1%）。(c) 中的插圖說(shuō)明了 PIL-2-TFSI 在 80 °C 下的拉絲過程，其中 PIL 用少量甲基紅染色以獲得清晰的視野。d) 使用烷氧基 PIL 的粘附程序示意圖和 PIL-2-TFSI 粘附玻璃切片的高透射率。e)PIL-2-TFSI 在各種基材上的宏觀附著力測(cè)試（在玻璃、SS、Al、PMMA 和 PTFE 上的附著面積分別為 12、12、13、15 和 15 cm
2
）。
圖2
a) 粘合示意圖。
b) PIL-2-TFSI 在不同基材上的粘附強(qiáng)度。插圖說(shuō)明了對(duì)玻璃的連續(xù)循環(huán)測(cè)試。c) PIL-2-TFSI 在不同溫度下對(duì)玻璃的粘附強(qiáng)度。d) PIL-m-TFSI（紅色）、PIL-2-X（藍(lán)色）和其他參考樣品（灰色）在玻璃上的粘附強(qiáng)度。e) 不同季銨化度的 PIL-2-TFSI-R 的粘合強(qiáng)度。f) 在 25 °C 下測(cè)試的所有樣品的粘合強(qiáng)度作為 T
g
的函數(shù)。
圖3
a) 計(jì)算出的 PIL-m-TFSI 在玻璃基板上的 CED 和 IAE 值。b,c) 玻璃基板上 PIL-2-TFSI 能量最低的最穩(wěn)定構(gòu)象。d) PIL-2-TFSI 能量最低的最穩(wěn)定構(gòu)象。e-g) 烷氧基和咪唑鎓陽(yáng)離子之間的內(nèi)部氫鍵相互作用。h) PIL-2-TFSI 和 PIL-玻璃界面上的內(nèi)部和外部氫鍵相互作用的表示。原子間距離的單位是
?
。
圖4
烷氧基
PILs及其復(fù)合粘合劑的多功能應(yīng)用。
a) PIL-2-TFSI 修復(fù)損壞的杵。b) 用 PIL-2-TFSI 修復(fù)在水中裝滿水溶液后的破瓶子。c) 在水中浸泡兩周或一個(gè)月后，PIL-2-TFSI 在各種基材上的附著強(qiáng)度。d) 由于多壁碳納米管的光熱效應(yīng)，PIL-2-TFSI 的粘附強(qiáng)度光控降低。e) PIL-2-TFSI/MWCNT復(fù)合材料的粘附強(qiáng)度隨 MWCNTs 含量和輻照時(shí)間的變化而變化。f) 插圖和 g) 在氧化銦錫 (ITO) 涂層玻璃或柔
性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯
(PET) 薄膜上含有 50 wt% AgNF 的電子導(dǎo)電復(fù)合粘合劑的粘合強(qiáng)度。(I) 或大角度彎曲的 PET 薄膜 (II-IV)。
圖5
電場(chǎng)誘導(dǎo)的
ITO 涂層玻璃粘附強(qiáng)度的提高
。a) 通過在 25 °C 下施加 60 分鐘的可變電壓，PIL-2-TFSI 的粘附強(qiáng)度。b) 通過在不同時(shí)間施加 4 V 電壓，PIL-2-TFSI 在 25 °C 下的粘附強(qiáng)度。c) 通過在不同溫度下施加 2.5 V 60 分鐘，PIL-2-TFSI 的粘合強(qiáng)度。d) PS-der（藍(lán)色）和市售粘合劑在施加 4 V 電壓 60 分鐘之前和之后的粘合強(qiáng)度。e,f) 分別在沒有和有外
加電場(chǎng)的情況下在烷氧基
PIL 中提出的陰離子分布。g-i) PIL-1-TFSI (g)、PIL-2-TFSI (h) 和 PIL-3-TFSI (i) 在（藍(lán)色）和之后（紅色）施加 4 V 60 分鐘的粘附強(qiáng)度 25℃。
通過簡(jiǎn)單地將懸垂的烷氧基鏈引入
PIL 的陽(yáng)離子主鏈并選擇合適的陰離子，
團(tuán)隊(duì)
可以將非粘性和常規(guī) PIL 轉(zhuǎn)化為高效的粘合劑。
這些非兒茶酚、熱穩(wěn)定且不可燃的粘合劑對(duì)各種基材（包括玻璃、陶瓷、不銹鋼、鋁和聚合物）具有強(qiáng)大、持久和可回收的粘合效果。
這些烷氧基PILs在空氣中對(duì)玻璃的最大粘合強(qiáng)度高達(dá)5.96 MPa，明顯高于大多數(shù)鄰苯二酚粘合劑和市售粘合劑。粘附強(qiáng)度強(qiáng)烈依賴于 PIL 結(jié)構(gòu)，烷氧基和離子部分都是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)粘附的先決條件。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論分析表明，烷氧基部分引起的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的降低和氫鍵相互作用的改善，以
及靜電相互作用，共同解釋了高
CED 和 IAE 以及由此產(chǎn)生的強(qiáng)附著力。由于獨(dú)特的 IL 結(jié)構(gòu)以及 ILs 與 CNTs 或 AgNFs 之間良好的兼容性，這些 PIL 粘合劑可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)為多功能材料，用于光控或柔性導(dǎo)電粘合。與非離子粘合材料不同，通過施加外部電場(chǎng)，PIL-2-TFSI 對(duì) ITO 涂層玻璃的粘合強(qiáng)度可以出人意料地從 5.2 MPa 提高到 7.0 MPa（增強(qiáng) 35%）。
團(tuán)隊(duì)
相信這些新型 PIL 粘合劑以及獲得的復(fù)合材料將具有潛在的多用途應(yīng)用，例如真空粘合、電極粘合劑和生物粘合。目前的
策略還為設(shè)計(jì)新的粘合劑和基于
IL 的功能材料提供了一個(gè)新平臺(tái)。
doi.org/10.1002/adma.202100962
版權(quán)聲明：
「
高分子材料科學(xué)
」旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。編輯水平有限
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