Группа учёных под руководством профессора Шломо Магдасси из Института химии и профессора Ханны Додиук из колледжа Шенкар разработала новый клей, который решает одну из основных проблем в области материаловедения: создание клеёв, которые, с одной стороны, быстро затвердевают и могут работать на различных поверхностях, а с другой — поддаются вторичной переработке и удалению без потери своих свойств.
Исследование
Исследование было проведено аспирантом Натанелем Ярахом. Представлен новый клей, который можно отверждать практически по всему спектру видимого света и который можно разложить в бытовой микроволновой печи. При этом не требуются растворители, УФ-излучение или высокие температуры. Клей образует и разрывает соединения по требованию и может быть использован многократно без потери своих свойств.
Статья опубликована в журнале Advanced Materials.
Проблема и решение
Более 90% мирового рынка клеёв стоимостью 92,6 миллиарда долларов приходится на термореактивные материалы: полимеры и пластмассы, такие как эпоксидные смолы и силиконы, которые образуют необратимые связи и накапливаются на свалках. Даже перерабатываемые альтернативы, например, обратимые клеи на основе динамической ковалентной химии, часто требуют энергоёмких процессов, таких как длительный нагрев выше 150 °C, токсичных растворителей или глубокого УФ-излучения, или позволяют перерабатывать их только путём ухудшения характеристик.
Ответ на эту проблему — динамический полимер, полученный из α-липоевой кислоты (ALA), природного антиоксиданта, который переосмысливает жизненный цикл материалов.
Секрет TetraALA заключается в его четырёхармной молекулярной структуре, синтезированной путём одностадийной реакции между альфа-липоевой кислотой и пентаэритритом. Новый клей фотополимеризуется за 30 секунд под воздействием видимого света (400–650 нм) и обеспечивает прочное сцепление со стеклом, пластиком, алюминием и материалами печатных плат (4–6 МПа), а также работает под водой.
Связывание обеспечивается за счёт динамических дисульфидных связей, которые фиксируются при отверждении и могут быть разрушены с помощью мягкого микроволнового излучения: без растворителей, без высоких температур.
«Вы можете соединить стекло с металлом или пластиком за секунды, а когда закончите, снять его с помощью кухонной микроволновой печи», — говорят авторы. Они продемонстрировали, что более 90% материала можно восстановить после всего лишь 30 секунд воздействия микроволновым излучением. Более того, клей сохраняет свои механические, термические и оптические свойства после многократных циклов склеивания и отклеивания.
Оптическая прозрачность клея и высокий показатель преломления (1,62) также подходят для оптических применений, таких как светоделители. Команда даже показала, что использование водопроводной воды может усилить прочность сцепления за счёт эффектов ионного обмена. Кроме того, они продемонстрировали, что этот новый клей имеет некоторый потенциал в биомедицине, достигая прочности на сдвиг 145 кПа на куриной коже с использованием света с длиной волны 630 нм, что соответствует хирургическим клеям, но с обратимым связыванием.
Перспективы
Исследование открывает новые возможности для многоразовой потребительской электроники, устойчивой упаковки, оптических устройств и даже биоадгезивов для влажных тканей. Авторы планируют изучить стратегии промышленной переработки и механизмы диссоциации связей под воздействием микроволн в будущей работе.
Предоставлено Hebrew University of Jerusalem