聚合物界面粘附强度的可逆光调控
聚合物界面粘附强度的可逆光调控
2018-10-27高分子粘合剂材料在日常生活、建筑、汽车、航空航天、能源及生物医药等领域有着广泛的应用。随着社会可持续发展的迫切需求，开发高性能、长寿命以及可逆粘合/脱粘的新型粘合剂以提升材料加工效率、满足材料再生利用需求成为该领域的发展趋势。近来，人们已经成功开发少数具有可逆粘合/脱粘性能的新型粘合剂，该类粘合剂多基于热诱导聚合物产生界面粘附强度变化，这极大了限制了其实际应用范围。光，作为一种外界刺激能够进行远程、瞬时、无接触的控制，这也使得界面粘附强度具有光响应性的聚合物体系成为功能粘合剂开发的研究热点。
近期，日本产业技术综合研究所（AIST）Hideyuki Kihara教授研究团队采用原子转移自由基聚合（ATRP）聚合方法成功制备一种含偶氮三嵌段（ABA）共聚物体系，其中非光响应性中间链段的引入显著提升了共聚物的柔顺性，同时降低了体系中偶氮苯含量。该光响应性嵌段体系在光辐照条件下展现出明显的界面粘附强度可逆调控性：在UV诱导下其粘合强度降低至0.5−0.1 MPa，而在可见光（520 nm）诱导下其粘合强度可逆恢复至1.5−2.0 MPa。这种材料的粘附强度在可逆循环调节过程中还展现出优异的性能稳定性，使其更具实际应用价值。
ABA三嵌段含偶氮共聚物的合成过程示意图。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces
这种ABA三嵌段丙烯酸酯类共聚物包含两种结构单元：含偶氮苯单元（block A）和不含偶氮苯的2-乙基己基侧链单元（block B）。通过在该丙烯酸酯类嵌段聚合物结构中引入柔性聚[2-乙基己基（甲基）丙烯酸酯]组分，有效降低了该ABA嵌段共聚物中的偶氮苯组分含量，使得其光软化/硬化速率显著提升。同时，其机械性能明显优于AB型两嵌段体系。在UV-Vis吸收光谱测试表明，该含偶氮共聚物体系在膜状态下具有较快的顺反异构转化速率，在30 s内顺反异构转化率达∼95%。
ABA三嵌段含偶氮共聚物顺反异构速率测试。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces
将该材料体系应用于玻璃基底粘合应用实验，该嵌段共聚物体系（20 μm厚）展现出较强的界面粘附强度（1.3−2.0 MPa）；在UV（365 nm, 50 mW cm-2）辐照下，共聚物体系其界面粘附强度在短时间（15 s）内出现显著降低（＜0.5 MPa），而在可见光辐照下（520 nm, 40 mW cm-2，5 min）其粘附强度能够完全可逆恢复。此外，该材料体系界面粘附强度可逆光调控过程中展现出优异的性能稳定性，多次循环之后粘附强度变化很小。
ABA三嵌段含偶氮共聚物界面粘附强度光调控研究。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces
总结
该研究通过引入中间柔性链段基于ATRP技术成功制备了含偶氮三嵌段共聚物体系，该共聚物体系用作粘合剂展现出优异的界面粘附强度，粘附强度可通过光照调控，多次循环也能保持性能。这种含偶氮三嵌段共聚物体系在未来很有可能作为可再生粘合剂使用，粘附强度高，UV照射即可取下，可见光照射又可恢复高粘附强度。同时，该研究成果中功能嵌段共聚物体系的结构设计思路也为其他新型粘合剂及其他功能材料的开发提供了借鉴。
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Light-Induced Reworkable Adhesives Based on ABA-type Triblock Copolymers with Azopolymer Termini
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 32649–32658, DOI: 10.1021/acsami.8b09319
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