湖南大学《JACS》：基于氢键作用的超分子黏附材料

氢键驱动自组装是一种广泛应用的合成超分子高分子材料的方法。许多通过氢键制备的超分子聚合物具有优异的动力学性质和功能。在超分子聚合物中，将水分子作为聚合物中不可缺少的共聚单体，一方面可以实现无溶剂的超分子聚合；另一方面，它充分展示了水参与氢键的多功能性，并扩展了水在超分子化学中的应用。由于水和聚合物重复单体之间的关系极其复杂，水参与超分子聚合物的设计仍然很困难。

近日，湖南大学化学化工学院董盛谊教授和赵万祥教授的合作团队在水参与形成氢键的超分子黏附材料等研究上取得重要进展。该成果以“Formation of a Supramolecular Polymeric Adhesive via Water–Participant Hydrogen Bond Formation”为题发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., doi: 10.1021/jacs.9b02677，IF = 14.357)上。化学化工学院硕士研究生张巧为该论文第一作者，化学化工学院李滔助理教授和环境工程与科学学院段阿冰助理教授为共同第一作者，董盛谊教授、赵万祥教授和犹他大学Peter J. Stang教授为共同通讯作者。

Figure 1. Synthesis of I and II 

该项研究中，研究团队利用非粘性、非聚合物的单体通过Pt-吡啶配位水-冠醚氢键结合起来制备超分子聚合物粘合剂（图1）。单体I在高温或低温、湿度变化以及有无水或有机溶剂的条件下，既没有吸水性也没有粘附性（图2a）。而与Pt配位后的产物II在干燥状态下是亮黄色固体，在室温下没有粘性, 但是放在空气中能迅速吸收空气中的水分，利用水和冠醚的氢健作用形成高度粘稠的黏附材料（图2b）。从II-水混合物中能轻松提取出长而柔韧的粘性纤维（图2c）。

Figure 2. Water absorption behavior of (a) I and (b) II, and (c) fibers drawn from II-water mixtures.

该超分子聚合物粘合剂对亲水表面（例如玻璃和纸）显示出强的、可逆的粘合性。例如，在玻璃表面上涂覆II-水混合物将两块玻璃板连接在一起，即使当悬挂重达12kg的重量时，也未观察到玻璃板的分离或错位（图3c）。II-水黏附材料的粘附性是温度依赖性的，并且随着温度的增加而减弱。一旦温度超过50℃，就可以相对容易将两块玻璃板分开。然而，温度降低迅速恢复了强粘附力。循环测试表明这种粘合剂的黏性是可逆的，多次循环之后，粘合强度没有明显的降低（图3b）。

Figure 3. Quantitative adhesion experiments involving (a) II-water adhesion at different temperatures and (b) cycling tests of II-water adhesion. (c) Macroscopic adhesion tests of II-water adhesion on glass and paper. The adhesion areas are 7.5 ×7.5 cm2 and 4.0 ×3.5 cm2, respectively.