摘要：近年来，粘合剂在日常生活和先进技术中的应用日益广泛，然而传统粘合剂通常只能在干燥固体表面使用，限制了其在水下环境（如水下修复和止血应用）中的使用。实现强劲的水下粘合仍面临两大挑战：水分渗透导致粘合剂失效，以及被粘物表面形成水合层阻碍化学相互作用。尽管已有一些仿

近年来，粘合剂在日常生活和先进技术中的应用日益广泛，然而传统粘合剂通常只能在干燥固体表面使用，限制了其在水下环境（如水下修复和止血应用）中的使用。实现强劲的水下粘合仍面临两大挑战：水分渗透导致粘合剂失效，以及被粘物表面形成水合层阻碍化学相互作用。尽管已有一些仿生粘合剂（如基于多巴胺的粘合剂）在水下应用中显示出潜力，但大多数水下粘合剂的粘接强度仍低于1 MPa，无法满足日益增长的高强度两栖粘接需求。

近日，吉林大学孙俊奇教授团队成功开发出一种全可擦除的两栖粘合剂ESO-Am，该粘合剂由环氧化大豆油（ESO）接枝3-氨基苯甲酸和3-氨基苯硼酸制成，具有动态交联的硼氧六环、氢键和氢键交联的疏水纳米域。ESO-Am在干燥条件下对各种基材表现出强劲且持久的粘附力，其粘接强度与商业产品相当；更令人瞩目的是，它无需后固化即可实现卓越的水下粘接，对铁的粘接强度高达5.2 MPa，创下水下粘合剂的新纪录。此外，该粘合剂可通过简单乙醇冲洗完全去除，具有生物相容性、土壤可降解性和可重复使用性，十次重复使用后仍保持96%的原始粘接强度。相关论文以“Fully Erasable Amphibious Adhesives Derived from Soybean Oil with Record-High Underwater Adhesion Strength”为题，发表在

研究人员通过一步开环反应成功合成了ESO-Am，并通过FTIR和NMR谱图证实其结构。ESO-Am可制成自支撑片材或双面胶带，其结构中均匀分布的纳米域（平均直径约35.3 nm）由氢键结合的苯甲酸基团聚集形成，作为疏水纳米填料进一步增强粘合剂。动态硼氧六环、氢键和疏水纳米域共同构成了其三维交联网络。

图1. a) ESO-Am的合成路线。 b) 尺寸为20 cm × 30 cm的ESO-Am片材实物图。 c) ESO-Am双面胶卷实物图。 d) 经磷钨酸钠溶液染色的ESO-Am粘合剂的TEM图像。 e) ESO-Am粘合剂结构示意图。

ESO-Am具有良好的加工性能：其玻璃化转变温度约为14.5°C，在30至120°C范围内表现出显著的热软化行为，可作为热熔粘合剂使用。剪切稀化特性使其易于挤出和均匀涂布。通过加热加压和冷却过程，ESO-Am能快速实现强劲粘接，并可制成胶棒形式通过热熔胶枪方便地施用。

图2. a) ESO-Am粘合剂的DSC曲线。 b) ESO-Am粘合剂复数粘度随温度变化曲线。 c) ESO-Am粘合剂的粘接过程：i) 60°C加热；ii) 冷却至室温；iii) 粘接的玻璃基材承载2.0 kg重量。 d) i) ESO-Am胶棒；ii) 热熔胶枪；iii) 从胶枪中挤出粘合剂；iv) 加压粘合的玻璃片。

在干燥状态下，ESO-Am对多种基材（如铁、木材、铝、陶瓷等）均表现出高粘接强度，其中对铁的粘接强度最高达7.8 MPa。表面粗糙度和拉伸速度的增加均有助于提高粘接强度。其卓越性能源于硼氧六环网络的高交联密度和疏水纳米域的结构刚性，以及丰富的非共价相互作用。对比实验表明，仅含单一组分的ESO-Z或ESO-B粘接性能显著降低，证实了AZA与ABA协同增强的关键作用。

图3. a) ESO-Am粘合剂连接铁片承载成人（约70 kg），粘接面积为2.0 cm × 3.0 cm。 b) ESO-Am在干燥条件下对不同基材的搭接剪切强度。 c) ESO-Am粘合剂重复使用实物图。 d) 不同重复使用周期后ESO-Am的粘接强度。 e) 长期粘接性能：粘接的铁片（粘接面积1.0 cm × 0.9 cm）在水中浸泡一个月持续支撑5.0 kg重量。 f) 水中浸泡不同时间后ESO-Am对铁片的搭接剪切强度。 g) 在不同水溶液中浸泡24小时后ESO-Am对铁片的搭接剪切强度（NaCl和CaCl₂水溶液浓度分别为6.1和2.0 mol L⁻¹）。

ESO-Am还表现出优异的可重复使用性和水稳定性：十次重复使用后粘接强度仅略有下降；在水中浸泡30天后仍能保持93%以上的原始强度，并在酸性、盐水和海水环境中均保持较高粘接性能。疏水纳米域有效阻止水分渗透，维护粘合剂结构完整性。

图4. a) i) 水下将ESO-Am粘合剂（2.0 cm × 2.0 cm）贴于5.0 kg重物顶面；ii) 将2.0 kg重物直接置于粘合剂上；iii) 粘合的2.0 kg重物成功吊起5.0 kg重物。 b) 不同水下粘接时间下ESO-Am的粘接强度。 c) ESO-Am在水下对不同基材的搭接剪切强度。 d) 水下浸泡一个月后ESO-Am对铁片的粘接强度。 e) i) 内部压力0.010 MPa的浸没PVC水管（插图：孔洞和压力表）；ii) 放手后漏水；iii) 密封后PVC水管内部压力恢复至0.010 MPa。

水下粘接性能是ESO-Am的突出亮点：仅5分钟即可实现水下快速粘接，24小时后对铁的粘接强度达到5.2 MPa，远超以往报道的水下粘合剂。其卓越性能归因于氢键交联的疏水纳米域和硼氧六环的协同作用：氢键基团吸收界面水分去除水合层，疏水纳米域和硼氧六环增强内聚力。实际应用中，ESO-Am能有效密封水下PVC管道漏洞，表现出强大的实用潜力。

图5. a) 乙醇冲洗去除玻璃基材上ESO-Am粘合剂：i) 冲洗过程；ii) 完全去除后。 b) 热辅助去除：i) 用电吹风加热；ii) 用刀片刮除。 c) 从硅片上去除ESO-Am：i) 涂覆粘合剂的硅片；ii) 从左至右乙醇冲洗部分去除；iii) 完全去除。 d) 完全去除后硅片表面的AFM图像。 e) 从云母片上去除ESO-Am：i) 涂覆粘合剂的云母片；ii) 部分去除；iii) 完全去除。 f) 完全去除后云母片表面的AFM图像。

最重要的是，ESO-Am具备按需完全擦除的特性：通过乙醇冲洗或加热刮除，可轻松从玻璃、硅片和云母等基材表面去除，且无残留。回收后的粘合剂性能如新。此外，ESO-Am具有良好的生物相容性和土壤可降解性，符合环境可持续性要求。

总之，本研究通过绿色、低成本策略成功开发出高性能两栖粘合剂ESO-Am，其卓越的水下粘接强度、完全可擦除性、生物相容性和可重复使用性，使其在可重构器件、可回收组装体、水下密封和救援行动等领域具有广阔应用前景。

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来源：科学屎壳郎