动态环氧树脂，登上AM！耐180℃高温的可逆粘合剂！_资讯

动态环氧树脂，登上AM！耐180℃高温的可逆粘合剂！

关键词粘合剂 , 环氧树脂|2023-06-08 11:05:40|涂附新闻|来源高分子科学前沿

摘要粘合剂是为能源、建筑和汽车等主要行业使用的物体创造轻质结构的关键。然而，目前的粘合剂有一个共同的问题：可拆卸和可重复使用的粘合剂大多没有很好的粘性；超粘性粘合剂是不可逆的。开发可逆...

粘合剂是为能源、建筑和汽车等主要行业使用的物体创造轻质结构的关键。然而，目前的粘合剂有一个共同的问题：可拆卸和可重复使用的粘合剂大多没有很好的粘性；超粘性粘合剂是不可逆的。开发可逆性粘合剂可以充分利用其可回收性和可持续性，因此在电子和医药等领域具有很大的意义。然而，强粘性需要一个固定的强交联网络，而可逆性粘合剂则需要依赖于动态链的运动。由于强交联网络和动态链运动的相互排斥，很难同时满足粘合剂的两个方面 - 高性能和可逆性。

近日，比利时根特大学Filip E. Du Prez教授课题组开发了两种用于环氧树脂硬化的动态聚酰胺固化剂，合成了一类新的动态环氧树脂粘合剂，在保持快速脱粘能力的同时，显著提高了粘合剂的使用温度（>180oC）。该粘合剂可以在高温下被触发，同时在很宽的温度范围内保持粘合，对于工业上相关的温度窗口来说，是对现有粘合剂树脂技术的高度补充。这项工作以“Epoxy Adhesives with Reversible Hardeners: Controllable Thermal Debonding in Bulk and at Interfaces”为题发表在Advanced Materials上。

研究人员发现，聚酰胺骨架可以通过环状亚胺的形成进行可逆的热脱粘，而不需要催化剂或添加剂（图1）。与众所周知的呋喃-马来酰亚胺体系和其他本质上较弱的键相比，聚酰胺的脱粘仅在明显较高的温度下通过改变二甲酰胺和环状亚胺之间的平衡而发生。研究人员通过对琥珀酸二甲酯或戊二酸二甲酯的简单处理，制备了两种动态环氧树脂固化剂，即聚琥珀酰胺（PSA）和聚戊二酰胺（PGA），并使用传统的环氧树脂固化工艺，制备了可应用于各种表面界面的环氧树脂粘合剂（图2）。在环氧树脂固化过程中，环状亚胺基硅烷底漆被应用于表面，可在界面上形成可逆的酰胺键。

图1. 可逆环氧粘合剂的设计策略

图2. 环氧树脂固化工艺示意图

与报道的非环氧基动态聚酰胺材料相比，动态环氧基材料显示出明显的热稳定性，可以在250℃下进行压缩成型。此外，使用动态聚酰胺固化剂时，可以实现从脆性到韧性的明显过渡，韧性最高增加了10倍，而模量只下降了10%，这表明在环氧树脂中引入动态聚酰胺键可以有效改善机械性能（图3）。

图3. 动态环氧树脂的性能

与传统环氧树脂的搭接剪切强度（约4MPa）相比，动态环氧树脂的搭接剪切强度（约7MPa）增加了约2倍，这是因为动态酰胺键和基材表面之间形成了强氢键，从而增加了粘附力。同时，这些动态环氧树脂可以作为粘合剂多次重复使用，其粘合性能能保持90%至95%（图4）。

图4. 粘接强度

硅氧烷经常被用来改性表界面，硅烷改性后的表面可以与伯胺（类似于环氧树脂）发生开环反应，这也可以实现可逆粘合（图5）。所有硅烷改性的表面在涂上动态环氧树脂胶粘剂后，也显示出粘附性的明显改善，其界面粘结强度可以从4MPa增加到7MPa，增加了近两倍。再粘合实验（即加热到200°C，2分钟并逐渐冷却）表明，薄的动态硅烷层可以使表面的再粘接强度恢复到原来的90%至95%，这表明界面相互作用在系统的整体粘附中也起着重要作用（图6）。

图5. 硅烷改性表面

图6. 硅烷改性表面的粘接强度

结论：研究人员开发了一种坚固且易于应用的动态环氧树脂材料，可用作具有可控脱粘的动态粘合剂。与胺类固化的环氧树脂相比，这种动态环氧树脂材料显示出优越的热和机械性能。这项研究不仅有助于开发新型的、与工业相关的环氧树脂材料，而且也为粘合剂的脱粘机制提供了新的见解。

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