超分子作用组合策略在高效胶黏剂创制与文物材料界面粘接中的应用
近日，捷克论坛
光子鼻与分子材料研究团队在Materials Today上发表了题为Redefining interfacial adhesion of linear ionic polyurethanes through supramolecular combinatorial strategy for the restoration of cultural heritage materials的研究论文。文章共同第一作者为硕士研究生姜闻赫、孙中文和王瑞彤，文章通讯作者为刘凯强教授。
文物材料修复所使用的胶黏剂，不仅需具备优异的界面润湿性和较强的粘接力，还应具备卓越的环境耐受性。传统的聚氨酯胶黏剂因其出色的界面粘接强度，长期受到广泛关注。然而，在实际应用中，传统聚氨酯胶黏剂通常需要依赖有机溶剂来提升其在多种基材上的界面润湿性，这不仅给文物修复工作带来极大不便，也可能对环境和作业人员造成一定程度的危害。因此，发展具备高粘接强度、优良界面润湿性和优良环境耐受性的环保型聚氨酯胶黏剂，具有重要的现实意义。
为解决这一问题，本研究采用两步法超分子作用组合策略，显著提升了聚氨酯衍生物的界面润湿性和粘接界面的环境耐受性。首先，通过共价键合的方式，将能够提供静电作用位点并提升界面润湿性的咪唑鎓离子片段以及可提供氢键作用位点的氨酯键引入线性聚合物分子结构中，设计合成了系列具有优异界面润湿性和界面粘附力的离子型聚氨酯（图1）。为了克服溶剂化效应导致的离子型聚氨酯分子间内聚力降低引发的界面失效问题，该研究进一步采用超分子组合策略，引入可调控分子间相互作用平衡的组分（如水与聚丙烯酸等），有效调节离子型聚氨酯与功能添加剂之间的分子间作用（氢键、π-π堆积、阳离子-π相互作用和静电力等），使所得复合胶黏剂不仅具有超强的界面粘接力，而且在水、有机溶剂和液氮等环境中展现出优异的环境耐受性（图2）。其性能优于许多同类有机溶剂辅助的商用胶黏剂及先前报道的超分子粘合剂。通过核磁滴定、变温核磁以及分子动力学模拟等理论与技术手段，研究明确了超分子组合前后分子间作用平衡的变化规律及其作用机制。
图1 离子型聚氨酯的分子设计及其作用力平衡控制策略
图2 超分子组合体系粘接界面的高效环境耐受性
本研究发展的胶黏剂在文物材料修复方面具有显著潜力，能够通过简单的间歇性预热处理实现纸张、泥塑、陶瓷和玉石等文物材料的有效粘接成型（图3），为新一代文化遗产保护领域功能性胶黏剂的设计与开发奠定了坚实基础。
图3 超分子组合体系的界面粘接性能呈现、比较及文物材料修复情况
DOI: //doi.org/10.1016/j.mattod.2025.11.011
供稿人：王瑞彤
审核：刘凯强
