Проблема обратимой адгезии
Если вы когда-нибудь пытались приклеить обратно использованную липкую записку, вы понимаете, насколько это сложно. Спрос на клеи, которые могут прочно сцепляться с поверхностями, отклеиваться и при этом использоваться повторно, очень высок в промышленности.
К сожалению, прочные связи, которые образуют обычные клеи, постоянны, и эти клеи нельзя использовать повторно. Но теперь в исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials, учёные из Университета Осаки сообщают об изобретении нового полимерного клея, который можно использовать многократно.
Как работает адгезия
Когда два материала соприкасаются, между ними образуется область (называемая интерфейсом), которая содержит молекулы обоих материалов. Когда интерфейс широкий, материалы трудно разъединить, и они считаются прочно сцепленными друг с другом.
Адгезию между материалами можно активировать и деактивировать, вводя в этот интерфейс обратимые связи. Обратимые связи — это связи, которые разрываются и образуются при определённых условиях. Комплексообразование «хозяин-гость» — один из способов создания обратимых связей.
«Хозяин» — это обычно большая молекула с полостью, в которую может поместиться меньшая гостевая молекула, аналогично замку и ключу. Гостевая молекула, расположенная в хозяине, образует комплекс «хозяин-гость».
«Молекулам гостя и хозяина необходимо сближаться для формирования этих комплексов, но полимерные молекулы объёмные и не могут легко перемещаться», — объясняет ведущий автор Кендзи Ямаока. «Таким образом, формирование комплексов на границе раздела полимеров неэффективно, что затрудняет создание обратимой адгезии в полимерных системах».
Температура стеклования и обратимая адгезия
При специальной температуре, называемой температурой стеклования (Tg), сегменты полимерных цепей переходят из замороженного стеклообразного состояния в свободно движущиеся. Чем выше температура полимера над Tg, тем легче сегментам перемещаться.
Исследовательская группа создала два полимера, которые могут обратимо связываться друг с другом. Исследователи отрегулировали Tg, чтобы помочь полимерам свободно перемещаться навстречу друг другу. Затем, чтобы полностью понять механизм обратимой адгезии, команда направила нейтроны на интерфейс, чтобы визуализировать, как происходит прилипание и отклеивание на молекулярном уровне.
«Мы обнаружили, что контроль температуры или добавление/удаление химических веществ позволяет комплексам разрываться и образовываться заново, что приводит к отклеиванию и повторному приклеиванию по требованию», — говорит Ёсинори Такашима, старший автор. «Наши выводы интересны, поскольку это было бы полезно для многих отраслей промышленности».
Новый клей
Новый клей можно разложить по требованию и использовать многократно, что может улучшить производственные показатели прецизионных устройств, снизить затраты и минимизировать отходы. Исследования команды, несомненно, будут интересны производителям, а также помогут сократить количество отходов и способствовать их переработке.
Предоставлено Университетом Осаки.