黏著劑在現代工業中扮演著重要角色,從航空航天到電子產品等領域都不可或缺。2024年全球黏著劑市場規模已達926億美元,但這些產品的原料主要是不可回收的熱固性聚合物,這給環境帶來了極大的負面影響。為了解決這些問題,科學家們開發了共價適應網絡(covalent adaptable network,CAN)的可逆黏著劑,這類材料能夠在需要時解除黏合並進行回收,並專注於熱響應鍵結(如二硫鍵、β-羥基酯或Diels-Alder反應)或光響應鍵結(如azobenzene或[2+2]環加成反應)。黏著劑儘管在可逆鍵結方面已有進展,但現有解決方案往往在性能或從材料上分離的能力方面有所妥協。α-硫辛酸(α-Lipoic Acid ,ALA),這種天然環狀二硫化物的黏著劑目前在CAN應用方面相當有潛力,但仍存在重大缺陷,例如聚合時需要含陽離子的溶劑或加熱、回收過程需要添加含NaOH的溶劑等等。
近日,以色列耶路撒冷希伯來大學和申卡工程設計藝術學院的研究團隊,成功開發出一種可完全回收,且回收過程無需添加溶劑的黏著劑。研究人員首先將ALA與季戊四醇進行酯化反應,採用「一鍋法」合成策略,再使用氯化亞錫作為催化劑,合成出名為TetraALA的新型單體。這種單體能在400-650奈米的可見光波長範圍內快速固化(30秒內)。實驗結果顯示,該黏著劑在玻璃、鋁、FR4和聚碳酸酯等多種材料上的黏著強度均超過4 MPa,固化後聚合物的拉伸強度高達5.6 MPa,這些數值遠超過其他已報導的ALA聚合物。這種黏著劑的回收過程極為簡便,只需使用家用微波爐進行30秒的微波加熱就能斷裂二硫鍵,使93.7%的聚合物分解並重新形成液態單體。該黏著劑可重複使用四次,回收後的黏著強度和機械性能都與一開始時相當。