可同時耐高溫和耐低溫的粘合劑的制備及應用。中國農(nóng)科院供圖
聚硫辛酸3D打印新材料。中國農(nóng)科院供圖
近日，中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所可降解材料開發(fā)與利用團隊聯(lián)合湖南大學、中南大學在環(huán)保型可降解粘合劑開發(fā)與利用方面取得重要進展。他們利用超分子聚合的方法從小分子出發(fā)制備出了一系列粘附性能好，使用范圍大的粘合材料，并利用其粘性效果，將其作為3D打印材料。這些超分子聚合物基可降解粘合材料不僅粘附效果高于同類型材料，而且在應用上提供了一種新思路。相關研究成果在線發(fā)表于《化學工程雜志》(chemical engineering journal)和《先進科學》 (advanced science)，并獲得國家發(fā)明專利授權。
粘合劑在日常生活、醫(yī)療衛(wèi)生、汽車工業(yè)、航天航空等領域有著普遍應用，隨著環(huán)保意識的提升，開發(fā)環(huán)保型可生物降解粘附材料已成為一項重要的研究課題。現(xiàn)有粘合劑存在粘附效果不佳，特別是在極端環(huán)境下效果更差。更重要的是這些粘附材料無法進行增材制造，無法使其應用更廣泛。
研究人員利用分子識別和超分子聚合的策略合成一系列具有同時耐高低溫的粘合劑，這些粘合劑在高溫150 °C達到了5.18 MPa ，在低溫–196 °C達到了9.52 MPa。在較寬的溫度范圍內(?80?150 °C) 成功實現(xiàn)了對粘附行為的實時和定量監(jiān)測，使用定制設備，可輕松監(jiān)測粘附持續(xù)時間、衰減和失效。這項工作制備了一系列可同時耐高低溫的、粘附效果好的粘附材料，同時也為粘附效果的監(jiān)測提供了新思路。
針對以往的粘附材料缺乏進一步增材使用的問題，研究人員進一步利用天然小分子硫辛酸的熱響應開環(huán)聚合形成聚硫辛酸，制備了新型粘合劑。基于此粘合劑的時間依賴自增強效應，將其應用在增材制造的熱熔沉積3D打印中。
通過聚硫辛酸的3D打印，完全實現(xiàn)了不同尺度上的模型形成。3D打印后，聚硫辛酸打印的模型隨著時間的推移表現(xiàn)出機械增強的特征。這是由聚硫辛酸和硫辛酸的微觀自組裝引起的。
這項工作實現(xiàn)了微觀層面的自組裝和宏觀層面的自組裝有機結合。該研究也為粘合材料的可控制造和機械增強提供了一種可行的方法，為下一代功能粘合材料的應用開辟了道路。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138674
https://doi.org/10.1002/advs.202203630
授權發(fā)明專利：可同時耐高溫和耐低溫的粘合劑的制備方法ZL202011312658.8
