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东华大学游正伟教授团队:高强、可拆卸、自修复的动态交联聚氨酯热熔胶
2019-07-29  来源:中国聚合物网

  近日,东华大学纤维材料改性重点国家实验室游正伟教授团队在胶黏剂领域取得重要进展,相关成果以《高强、可拆卸、自修复的动态交联聚氨酯热熔胶》(Strong, detachable, and self-healing dynamic crosslinked hot melt polyurethane adhesive, DOI: 10.1039/c9qm00233b)为题,发表于国际学术期刊《材料化学前沿》(Materials Chemistry Frontiers)。东华大学游正伟教授是该论文的通讯作者,东华大学材料科学与工程学院硕士生王署亮是该论文第一作者,博士生刘增贺为共同第一作者。东华大学何创龙教授管清宝副教授是论文的共同作者。

  聚氨酯热熔胶黏剂是一种无溶剂型的绿色胶黏剂,广泛应用于电子器件组装、汽车零部件粘接、木材加工等领域。现有聚氨酯热熔胶主要分为热塑性聚氨酯热熔胶和反应型热固性聚氨酯热熔胶。热塑性聚氨酯热熔胶具有线型的化学结构,其粘结强度和耐溶剂性较差;反应型热固性聚氨酯热熔胶是由异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物,可以进一步与大气中的湿气反应,最终形成交联的化学结构,具有优异的粘接强度与耐溶剂性,但其固化速度慢,往往需要数天的时间才能完全固化,并且一旦交联结构形成就很难再拆卸,不可回收利用。这些缺陷限制了聚氨酯热熔胶的广泛应用。

  游正伟教授团队长期致力于胶黏剂及弹性体的研究,发展了一系列基于由CO2与环氧丙烷制备的聚碳酸亚丙酯二元醇(PPC)为基础原料的新型环保聚氨酯热熔胶(Chin. J. Polym. Sci. 2017, 36, 58-64. Inter. J. Adhes. Adhes. 2019, In press);近期报道了利用肟氨酯动态键构筑的强韧室温自修复材料(Adv. Mater. 2019, 31(23),,1901402.)和多重防护材料(Adv. Funct. Mater., 2019, 29(28), 1901058.)。

  在上述研究工作的基础上,团队进一步提出将肟氨酯动态键引入交联的聚氨酯结构中,构筑了动态交联的聚氨酯热熔胶黏剂 (DPU-HMA)(图1),其结合了热塑性与反应型聚氨酯热熔胶的优点,同时克服了二者的缺陷,表现出了优异的性能。

图1。 基于可逆肟氨酯键构筑的动态交联聚氨酯

  测试结果表明,这种胶黏剂具有快的固化速度、高的初始和最终粘接强度、良好的耐溶剂性并且对多种基材(金属、塑料、木材、复合材料)均有良好的粘接效果,综合性能优于现有的热塑性聚氨酯热熔胶与反应型聚氨酯热熔胶(图2)。

图2. DPU-HMA与业界领导品牌提供的典型热塑性聚氨酯热熔胶(TPU-HMA-Lubrizol)和反应型聚氨酯热熔胶(PUR-HMA-3M2665; PUR-HMA-Loctite 3542)的粘接性能对比。

  此外,动态肟氨酯键赋予了聚氨酯热熔胶可拆卸与自修复的功能(图3),对于回收贵重被粘接器件与延长材料的使用寿命具有重要的意义。

图3。 DPU-HMA的可拆卸与自修复功能

  同时还值得一提的是本工作涉及的核心原料(丁二酮肟、异氰酸酯)为廉价易得的工业品,可以通过简便的一步法构建聚氨酯材料,也可以通过合理的设计引入到其它材料中,研制一系列功能材料,具有广阔的应用前景。

  该工作获得了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、东华大学励志计划等项目资助。同时申请了中国发明专利保护(申请号:2019101075366)。

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(责任编辑:xu)
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