一种具有分级能量耗散的超分子粘合剂用于胶合板应用

《ACS Applied Materials & Interfaces》：A Supramolecular Adhesive with Hierarchical Energy Dissipation for Plywood Applications

　　

摘要

聚氨酯粘合剂因其可调控的分子结构和柔韧的力学性能，在胶合板粘接中极具应用前景。然而，传统聚氨酯粘合剂通常面临内聚强度与韧性之间的权衡问题，而其有限的损伤容忍度仍然是胶合板在动态载荷条件下长期应用的严峻挑战。在本研究中，我们创新性地设计了一种具有梯度动态键合网络结构的超分子弹性体粘合剂，记为PU?X。通过精确的分子工程，构建了分级键合网络，包含以Zn²⁺为中心的单体氢键、双体氢键、三体氢键以及多齿配位键的协同体系。这一设计使材料在应力作用下展现出智能的顺序断键行为：较弱的键优先解离以高效耗散能量，而较强的键则持续维持基体完整性，从而实现强度与韧性的协同增强。经系统优化后，PU?0.25表现出卓越的力学性能：其拉伸强度提高了69%，达到89.8 MPa；其韧性几乎翻倍至413 MJ·m^?3；其承载能力超过自身重量的20,000倍。在胶合板粘接测试中，PU?0.25粘合剂的干态和湿态剪切强度分别达到2.7 MPa和2.5 MPa，远超0.7 MPa的国际标准要求。此外，其断裂能量最高达3.7 N·mm^?1，展现出优异的粘接韧性和抗裂性。另外，PU?X在60 °C下修复24小时后实现了93%的自修复效率。这种多尺度动态键合策略为下一代智能粘合材料的发展提供了重要的设计范式。

支持信息

支持信息可在以下网址免费获取：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.6c13991。

• 表征、力学测试、粘接测试、自修复测试及计算方法；聚氨酯预聚体和反应中间体的¹³C NMR表征；FT-IR及温度依赖性FT-IR分析；PU?X试样照片；自由体积分数分析；粘合剂渗透与机械互锁；木质素表面润湿性模拟；不同木材种类的干湿粘接性能；与已报道粘合剂的对比；Mulliken电荷分析；氢键演化及剪切分子动力学模拟；重复自修复性能（DOCX）

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