高耐候型胶黏剂对于从工业制造、建筑、航空航天、海洋工程到日常生活的应用有着不可或缺的作用。与常规热固性胶黏剂相比，热塑性弹性体因其良好的机械强度、韧性以及对粘附基材良好的自适应性被广泛用于胶接领域。在极端条件下具有出色机械和粘合性能的坚韧粘合剂对于延长使用寿命的实际应用场景至关重要。然而，这些要求在大多数传统的聚合物粘合剂中很少得到满足，但蜘蛛丝在超低温下具有无与伦比的韧性和粘合性。受螺旋体的分层结构和β片纳米微晶的启发，通过将蜘蛛丝状分层氢键（H键）网络和动态纳米物理交联结合到生物基聚酰胺弹性体中，报道了一种超韧但超耐寒的超分子粘合剂。这种结构设计具有自己的功能，因此可以克服界面粘附能力，延展性和耐低温性之间的冲突。所获得的粘合剂具有可靠和长期的粘合性能，同时保持了创纪录的4052.4 N m韧性−1即使在液氮（-196°C）下也具有良好的再粘合能力，远远超过报道的聚合物粘合剂在此类环境中的粘合韧性。此外，高密度H键诱导的酰胺簇发射导致固体状弹性体中产生强烈的蓝色荧光。这一概念为设计坚韧的弹性粘合剂创造了新的机会，并为耐寒粘合剂设备或防伪显示器提供了前景。
图1. 仿蜘蛛丝蛋白的聚酰胺弹性体的设计与合成
鉴于此，安徽农业大学生物质分子工程中心汪钟凯教授团队基于长期对蜘蛛丝微结构和性能调控的认识，通过高效的聚酰胺分子设计实现了在植物油基聚酰胺中高效构筑具有多层级氢键网络和β-折叠纳米微晶结构的仿蜘蛛丝蛋白弹性体，得到了一种新型耐极寒的超分子粘合剂（图1），有效克服了弹性体在界面粘附力、延展性和耐低温性之间的冲突。基于醚/酰胺单元丰富的可逆氢键网络（图2）以及诱导形成结合水的潜在特性，确保了聚合物分子链段在极低温环境下的受限运动，有效避免了粘接接头发生应力集中和脆性开裂。该工作以“Natural-silk-inspired design provides ultra-tough biobased structural adhesives with supercold tolerance”为题发表在《Journal of Materials Chemistry A》上，文章通讯作者为安徽农业大学王钟副教授，第一作者为博士研究生吴先坤。该研究得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金的支持。图2 聚合物分子模型和超低温下的本体力学、粘合性能图3 胶黏剂作为荧光标签的潜在应用示例 该工作是团队近期关于植物油基功能高分子材料相关研究的最新进展之一，拓扑网络结构、分子量、链缠结等因素对聚合物性能具有显著影响。近年来，团队基于植物油高效转化策略开发了系列功能型生物基基新材料，具体涵盖了自愈合聚氨酯弹性体、高强韧聚酰胺弹性体、水性环氧乳液胶黏剂等，基于这些研究工作，系统探索了脂肪酸主/侧链结构、动态化学交联网络和结晶微结构等因素对聚合物高性能、多功能化的影响机制。原文链接：