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新型坚韧、环保粘合剂:科学家改造其化学结构,使其承重可达136公斤

前瞻网 2022-01-31 10:45

 

新型坚韧、环保粘合剂:科学家改造其化学结构,使其承重可达136公斤_产经_前瞻经济学人

图源:论文

近日,科学家仔细修补了一种普通家用塑料的化学结构,成功地将其升级为一种可重复使用的粘合剂,让其具有独特和巨大的前景。这一小块物质在空中可以承重大约300磅(136公斤),研究人员声称它是科学上已知的最坚韧的材料之一。

这种强大的新型粘合剂是美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)科学家小组的杰作,他们使用聚苯乙烯-b-聚(乙烯-共-丁烯)-b-聚苯乙烯或SEBS作为起点。这种橡胶状聚合物可以在牙刷、车把把手和尿布中找到,研究人员能够通过调整其化学结构为其配备强大的新功能。

科学家通过动态交联(dynamic crosslinking)的过程,赋予材料新功能,该过程能够使通常不相容的材料发生桥接。研究小组利用这一技术,在被称为硼酸酯(boronic esters)的化合物帮助下,将二氧化硅纳米颗粒和聚合物结合起来,形成了一种他们称之为SiNP的新型交联复合材料。硼酸酯是该粘合剂可重复使用的关键,因为它们可以让交联键反复形成和断开。

研究者表示,有一个基本的发现,SEBS上的硼酸酯可以与SiNP上的羟基——氧和氢,重新排列键,以适应苛刻工作的特性。另外,研究还发现与各种具有羟基的表面形成类似的可逆硼酸酯键。

研究人员对此还进行了韧性测试,他们试图通过力量分离材料,该材料的性能超出了预期,超过了他们在研究中测试的所有商业可用粘合剂。研究小组表示,强度和延展性的结合使其成为有史以来最坚韧的材料之一。

这种粘合剂是可回收的,可在高达400°F(204°C)的温度下保持其性能,使其适用于高温应用。科学家们希望它能在航空航天、汽车和建筑领域找到用途,现在正在努力使该技术商业化并加以改进。

研究人员认为,节省资源和减少浪费对工业和环境都有好处。通过设计,可以对这种粘合剂进行“维修”或“纠正”,有望在非常具有挑战性的应用中重新加工成新的用途。

题为Design of tough adhesive from commodity thermoplastics through dynamic crosslinking的相关研究论文发表在《科学-进展》上。

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责任编辑: 3976DBC

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