胶界| 讲述有深度有广度有温度的胶黏剂故事

在生活中，胶水无处不在。

我们天天拿着的手机，虽然你看不见任何胶水，但是它的的确确就在那里，而且扮演着极其重要的角色。

然而，目前的胶水普遍存在一个问题：可拆卸、可重复使用的，大都粘合力不强；而超强粘合的，又不具有可逆性。

实现胶水的超强粘合性和可逆性，是研究者们孜孜不倦的追求。然而，这种完美结合却一直是个巨大的挑战。

之前，我们讨论了一款“可逆粘附的强力黏结聚氨酯热熔胶”，但需要在高温下(130℃)才能被拆解，这有很大的使用局限性。

另一款“蜗牛黏液启发：超强可逆黏结丙烯酸水凝胶”，是通过水来诱导其可逆性，虽然操作方便，但是它对湿度的极强依赖性也限制了在实际生活中的广泛使用。

今天，将要介绍的是北京化工大学尹梅贞教授团队在2019年JACS上报道的由绿光诱导来实现可逆黏结的胶水。

1 技术核心

胶水的主要成分是偶氮苯衍生物，常温下为固态状，化学结构如下：

上图中，橘色的azobenzene和蓝色的binaphthol起着非常关键的作用。如果没有azobenzene，就不能吸收绿光能量而产生固态-液态的相转变；如果没有了binaphthol，该物质在常温下就是液态，也就失去了相转变性质。

研究者通过电化学循环伏安法和HOMO/LOMO轨道理论计算，证实了azobenzene和binaphthol是偶氮苯衍生物吸收绿光的关键。同时，发现UV(365nm)，蓝光(440-460nm)和红光(660nm)并不能诱导相转变。

上图实验展示了在绿光照射时，偶氮苯衍生物的相转变过程：在6min照射后，偶氮苯衍生物温度从室温升高到48℃，超过了偶氮苯自身的熔点温度(44℃)，从而可以看见，偶氮苯从固态变成了黏黏的液态。

如果把绿光移开后，液态偶氮苯在2min内，又转变成了固态。

研究者把绿光照射后熔融的偶氮苯胶水涂覆在玻璃片上，并趁热立即压合另一块玻璃，粘接面积为2.5cm x 0.7 cm，冷却后两个玻璃便能牢牢地粘接在一起。

当用绿光照射粘接处时，胶水从固态转为液态，失去了粘性，两玻璃自动剥离。若将这两玻璃再次黏合，等胶水冷却后，便又牢牢地粘在一块了。

此过程高度可逆，即使重复10次，粘接强度都不会发生变化。

2 技术缺陷

当然，该胶水也有着一些不足之处：

1. 虽然比商业化的APAO粘接力要高一些，但是对于结构粘接的要求来说，这粘接强度还是有很大差距：在铝合金上只有1.34MPa；在玻璃基材上，最高剪切强度也就是0.78MPa 左右。

2. 该胶水的可逆性其实是通过吸收绿光能量而温度升高到熔点后转化成液相的方式来失去粘接力的。如果温度达到35℃时，胶水在铝合金和玻璃上的粘附力也就只有0.28 MPa和0.16MPa而已。这就意味着如果胶水的使用环境温度较高时，就不能提供足够的粘附力了。