2025年国内外粘接理论的最新进展

本文来源于《粘结》微信公众号

国内外粘接理论的最新进展主要体现在对传统理论的深化、仿生机制的探索、动态可逆粘接技术的突破以及材料改性的创新等方面。以下从多个角度总结近年来的关键进展：

01 动态可逆粘接与智能响应材料

光控智能粘接：中国科学院兰州化学物理研究所团队开发的光控水凝胶材料，通过嵌入光热纳米颗粒（如四氧化三铁），利用红外光触发表面分子构象变化，实现黏附力的快速可逆切换（高黏附态9.86 kPa→低黏附态0.26 kPa）。其机理类似于壁虎脚掌的黏附/脱附机制，通过温敏性基团（如N-异丙基丙烯酰胺）的动态响应，结合水分子介导的分子迁移，实现了无残留的循环使用。

热响应与应变诱导粘接：四川大学开发的聚氨酯（PUD）胶粘剂，利用应变诱导结晶增强内聚力，同时通过邻苯二酚支链的高活动性提升界面结合强度，实现黏附强度11.37 MPa和脱粘力10.32 kN/m。其动态氢键网络支持循环粘接与按需脱粘，尤其适用于复杂环境下的临时装配需求。

02 界面优化与分子设计

仿生界面结构：受壁虎刚毛和树蛙黏液启发，研究者通过简化仿生结构（如纳米级刚毛阵列或微米级沟槽）提升界面接触面积。例如，西安交大开发的Janus粘弹性水凝胶屏障，通过分层水合策略实现不对称黏附（黏性面牢固结合组织，非黏性面游离），有效预防术后粘连。这种设计结合了动态硼酸酯键和甲基丙烯酰化多糖，优化了界面力学适配性
分子链功能化：在聚氨酯胶粘剂中引入邻苯二酚、环氧大豆油（ESO）等活性基团，增强与基材的化学键合。例如，环氧大豆油与硅氧烷（KH550）双重交联改性水性聚氨酯，显著提升耐水性和剥离强度，同时调控微相分离结构，优化综合性能。

03 环保与可持续粘接技术

生物基材料开发：汉高推出的Loctite HB S ECO和CR 821 ECO生物基聚氨酯胶粘剂，生物基原料占比达63%~71%，二氧化碳排放减少60%以上。这类胶粘剂在承重木材结构中展现高耐久性，推动绿色建筑发展。

水性聚氨酯技术：通过环保型交联剂（如羧酸型阴离子体系）替代溶剂型胶粘剂，减少VOC排放。研究显示，水性聚氨酯的黏度与分子量无关，适合汽车内饰件粘接，但其耐水性仍需通过纳米填料（如蒙脱土）或交联改性进一步提升。

04 粘接机理的跨学科融合

力学-生物学交叉：西安交大团队提出的“力医学”概念，将力学调控引入生物材料设计。例如，粘弹性水凝胶通过模拟器官运动模式（如心脏收缩、肠道蠕动），实现动态界面的适应性粘附，减少术后粘连风险。

数字化与智能控制：数字化间接粘接技术（如Suresmile系统）结合CAD/CAM技术，优化托槽定位精度，减少粘接剂残留。在牙科领域，通过排溢孔设计和基台几何优化（如中空贯通基台）控制粘接剂流动性，降低残留风险。

05 传统理论的深化与挑战

弱边界层理论的新认知：研究证实，界面破坏常源于弱边界层的存在（如聚乙烯中的低分子杂质），通过表面处理（如等离子清洗）可显著提升粘接强度。例如，聚氨酯胶粘剂在汽车挡风玻璃应用中，需配合底剂处理非多孔表面以消除弱边界效应。

吸附与扩散理论的协同：针对聚合物基材，吸附理论（分子间作用力）与扩散理论（分子链缠结）的结合被用于解释高性能胶粘剂的粘接行为。例如，应变诱导结晶的聚氨酯通过增强本体强度，同时维持界面动态键合，实现强韧平衡。

06 总结与展望

当前粘接理论的研究趋势聚焦于动态响应、仿生设计、环保材料及跨学科融合。未来方向可能包括：

• 多刺激响应材料：开发光、热、pH等多因素协同调控的智能胶粘剂；
• 纳米与生物技术结合：利用纳米填料（如碳纳米管）增强界面，或仿生黏液分泌机制提升环境适应性；

可持续性评价体系：建立生物基胶粘剂的全生命周期评估标准，推动产业化应用。