北海道大学龚剑萍/范海龙《AM》综述：水下粘合剂最全总结

粘合剂广泛应用于我们的日常生活以及工业中。在大多数情况下，粘合剂只适用于干燥的表面。然而，在许多应用中，材料需要在潮湿的环境甚至是水下使用，例如体内植入设备和伤口敷料、水下传感器、水下修复等。因此，开发具有优异性能的新型水下粘合剂已成为粘合剂领域的重要目标。

相比于干燥环境，在水下实现强界面粘合要困难的多。这是因为在水中，大多数材料的表面会形成水合层，这会阻碍粘合剂与材料表面形成有效相互作用力。此外，水滴往往还会被困在界面处，从而减少了实际接触面积。另一方面，当材料长时间暴露在水中会导致水分子渗透到粘合剂中，从而引起粘合材料塑化、溶胀、侵蚀、降解或水解，最终导致粘合失效。因此，开发水下粘合剂仍是一个重大挑战。

从大自然中汲取灵感是开发水下粘合剂的一种有效方法。例如，贻贝和沙堡蠕虫等海洋固着生物使用 L-3,4-二羟基苯丙氨酸 (DOPA) 来实现水下永久粘附，而水生生物如鮣鱼和喉盘鱼则使用独特的微结构来实现在水下的临时附着。受这些独特的水下粘合策略的启发，在过去十年中新型水下粘合剂的设计和制备取得了重大进展。

近日，北海道大学龚剑萍教授和范海龙助理教授总结了目前报道的各种适用与潮湿表面或者水下的粘合剂。以“Bioinspired Underwater Adhesives”为题在《Advanced Materials》上。

在这篇综述中，作者着眼于具有宏观水下粘附性能的粘合剂，首先介绍了目前实现水下粘附的设计策略。作者从界面相互作用力和界面排水两个角度归纳了不同尺度的设计策略（图1）。之后，作者将已报道的粘附材料分为胶水型和胶带型材料，并根据不同的粘合机理对材料进行了详细的阐述和总结（图2）。此外，作者通过7张大表格的形式详细总结和对比了不同材料之间的相同和差异之处。最后，作者讨论了水下粘合剂未来的研究方向和前景。

图 1. 目前针对不同尺度下的水下粘合剂实施的脱水和粘合策略。

图 2. 目前报道的水下粘合剂材料。(a) 胶水型水下粘合剂，呈液态，需要固化过程才能固化。液体可以是单体溶液、聚合物溶液、聚合物熔体、凝聚层或它们的混合物。(b) 胶带型水下粘合剂，通常是柔软的粘弹体或凝胶。胶水型胶粘剂与基材形成全分子键合，因此通常表现出强且不可逆的粘合力，而胶带型胶粘剂由于在水中难以形成有效分子键合，通常具有较弱但可逆的粘合力。

论文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102983

来源：高分子科学前沿

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