刘文睿
华中科技大学赵强教授课题组研究论文:阳离子-偶极相互作用诱导的凝聚体用于天然海水中水下黏附
2024-5-22 13:56
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      水下黏附在组织粘附、生物医学涂层、药物输送、可穿戴设备、传感和能量存储等领域发挥着重要作用。针对低盐度海水的湿态黏结剂研究已取得了重大进展,但针对天然海水的离子黏结剂研究进展较少。这是由于高盐度会削弱界面结合力,屏蔽静电相互作用,从而导致黏结失效。设计可在天然海水中使用的黏结剂是一个挑战。

      基于上述背景华中科技大学化学与化工学院赵强教授课题组设计咪唑乙腈(IA)对聚氯丙烷(PECH)进行改性,合成了阳离子聚电解质(PECHIA,图1a)。PECHIA水溶液在天然海水中可发生自凝聚(图1b)。由于海水中的高盐度,聚合物链之间的静电斥力被屏蔽,“阳离子-偶极子”相互作用力增强,从而触发PECHIA链自聚集形成凝聚体(图2)。

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图1 (a) PECHIA的化学结构; (b) PECHIA溶液(100 mg·mL−1, 1 mL)与NaCl溶液(1.2 mol·L−1, 1 mL)混合并静止0.5 h的照片

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图2 PECHIA/NaCl混合物静止后下层凝聚物的流变曲线

在此基础上,进一步探究了触发PECHIA自凝聚所需的临界NaCl浓度(CNaCl),以及NaCl浓度对液-液相分离后底部凝聚物组成的影响(图3)。

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图3 (a) 20 ℃时PECHIA/NaCl混合物随PECHIA和NaCl浓度变化的相图;(b) 不同NaCl浓度下PECHIA/NaCl混合物底部凝聚物的质量比。

      PECHIA的水溶液在天然海水中发生凝聚和自交联,允许在海水中与各种底物进行水下黏附。该黏结剂在天然海水中的瞬时剪切和拉伸黏结强度分别为47和119 kPa(图4),而固化后其在天然海水中的拉伸黏结强度可达~739 kPa。通过在天然海水中黏结砂粒并构建三维砂粒模型,展示了PECHIA在自然海水环境中的应用前景(图5)。

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图4 PECHIA凝聚体在20 ℃自然海水中不同时间的(a)剪切和(b)拉伸黏结强度。

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图5 PECHIA在天然海水中原位黏结砂粒并构建不同形状的三维砂粒模型

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      该工作即将发表在Chinese Journal of Polymer Science"Functional Polymer Materials"专辑刘旭斐博士研究生是该论文的第一作者,赵强教授为通讯作者。

原文信息:

Cation-Dipole Interaction-Induced Coacervate Underwater Adhesives in Natural Seawater

Liu, X. F.; Zhang, C. R.; Peng, H. W.; Zhao, Q.

Chinese J. Polym. Sci. 

DOI: 10.1007/s10118-024-3141-5

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