虽然说市场上的胶水种目繁多，但基本找不到哪款胶水可以在湿基材表面实现粘接效果，更别说在水中进行粘接的。

2020年国际知名期刊JACS发表了湖南大学Shengyi Dong教授课题组的最新研究《Tough, Long-Term, Water-Resistant, and Underwater Adhesion of Low-Molecular-Weight Supramolecular Adhesives》，一款坚韧、持久、耐水并可实现水中粘结的超分子热熔胶。

1 性能特点

把超分子热熔胶加热后，分别用于粘结表面干燥的不锈钢、玻璃、木材、PMMA和PTFE。

上图可见，超分子热熔胶对于极性表面的不锈钢有着很强的粘结力，剪切强度可达4.1MPa；对于玻璃和木材，分别有2 MPa 和 1.6 MPa；而对于超难粘结的低极性基材PMMA和PTFE的粘结强度，也有0.7 MPa 和0.27 MPa。

随后，研究者也研究了超分子热熔胶在水中粘结上述五种材料的状况：先把热熔胶涂覆在一面基材上，而后放入水中，用另一面基材压合10分钟；接着持续在水里放置24小时后，再测试剪切强度。从粘结起，整个环节都在水中进行。

上图的水中强度数据显示，超分子热熔胶对不锈钢的粘结强度仍有3.2MPa；对于玻璃、PMMA和PTFE的粘结强度，则只是轻微地下降，分别为1.56、0.62、0.21 MPa；唯一影响较大的，便是对木材的粘结，只有0.05 MPa。

研究者认为这可能是因为木材粗糙多孔的表面构造让超分子胶和木材之间形成一水层，导致胶无法大面积接触木材表面，从而破坏了超分子胶对木材的粘结。

另外，该热熔胶表现出优异的耐水性能 (包括3.5% NaCl 的海水)，在水中持续悬挂2kg的砝码，1年后仍然没有脱胶。

同时，研究者也尝试了用该热熔胶膜去修补正在漏水中的胶管和水管，在湿透了的表面，该胶同样显示出非常优异的粘结和修补能力。

2 技术核心

是什么赋予了该热熔胶可以水中粘结的特性？下面让我们一起揭开它的神秘面纱。

原来该胶水的主要成膜物质由一种超分子构成，它的分子结构如下所示

该低分子量超分子的熔点为52℃，常温下的初始状态为glassy solid，稍微加热即变成土黄色高粘稠状液体，冷却后则变成土黄色凝胶。

这种随温度而发生相转变的行为赋予了超分子P1成为热熔胶的可能性。而分子中的DB24C8环状醚冠结构，让P1与基材表面有很好的相互作用力 （氢键、范德华作用力、ππ间作用力等）。同时，该超分子结构的疏水性促进了胶水在水环境中持久稳定的粘结作用。

可见，DB24C8环状醚冠结构（R1）非常关键，研究者尝试了另外三种结构：下图的R2、R3和R4。然而，三者构成的超分子P2、P3和P4的粘接性能远远低于P1。

Molecular Dynamics (MD) 模拟计算结果显示，P1对于玻璃的界面结合能可以达到-194.8 kcal/mol，而P2、P3、P4则为-171.3、 -176.2、 -189.9 kcal/mol，

Density functional theory (DFT) 模拟计算结果进一步证明，P1与玻璃之间有着最高的结合吉布斯自由能 -51.2 kcal/mol，P2、P3、P4则分别为 -33.3、-42.7、-43.6 kcal/mol。

另外，在室温下P3和P4为油状液体，无相转变特征，因此粘接性能要比P2还差。

总而言之，超分子胶显示出了稳定、持久的粘结性能，不但耐水性能强，还可以水中作业，为生物组织修补、潮湿界面粘结等研究领域提供了新的潜在技术。