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南科大郭傳飛教授團隊、唐際根教授團隊《Nano Lett.》：一種用于文物修復的堅韌水凝膠粘合劑

2023-02-06 來源：高分子科技

文物修復用膠是考古領域用以修復文物形狀的重要工具。目前用于文物修復的粘接劑普遍面臨固化時間長、力學性能差、無法濕粘接等挑戰，嚴重限制了文物修復的完整性和可靠性。

近期，南方科技大學郭傳飛教授團隊與唐際根教授團隊研制了一種基于氧化還原引發體系的水凝膠型粘接劑用于文物修復。這種水凝膠型粘接劑（THA）表現出快速固化、強韌粘接、可濕粘接、和耐老化的優異性能，已經成功用于殷墟遺址（公元前1300年）和下角山遺址（公元前4000年）的文物修復。該工作以“A tough hydrogel adhesive for the repair of archeological pottery”為題發表在《NANO Letters》上（Nano Lett 2023）。文章第一作者是南方科技大學博士生郭夢雪，博士生李剛為共同第一作者；郭傳飛教授是論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委、廣東省科技廳、深圳市科創委的資助。

圖1：THA的制備及分子結構

THA是一種基于氧化還原引發體系的粘接劑。相比于傳統的粘接劑，氧化還原引發體系具有較低的活化能，可以迅速引發單體聚合形成網絡，使其5s內完成粘接。固化后的THA是線性聚乙烯醇（PVA）和交聯聚丙烯酰胺（PAAm）形成的互穿網絡結構。一方面，分子鏈上大量氨基和羥基與陶片表面的羥基形成氫鍵，構筑強的界面相互作用；另一方面，互穿網絡結構較高的韌性使其可以通過形變耗散界面附近的應力。特別的，本工作還揭示了軟材料在多孔基質表面通過將裂紋離散化來阻止單個裂紋的擴展，從而實現對界面進行增韌的機理。

圖2：THA與陶片的強韌粘接及應用展示

THA在使役性能上也表現出獨特的優勢。THA與陶片表面形成共形而穩定的界面，該界面的強度遠高于傳統粘接劑。加速老化實驗和蠕變實驗結果表明，THA本體及界面均具有優異的耐老化性能，可以保持所修復文物的長期穩定。特別是這種粘結劑能夠有效地實現濕潤陶片的粘結，這對于一些潮濕環境下的文物發掘與修復十分有用。研究者已經成功將THA用于殷墟遺址（公元前1300年）和下角山遺址（公元前4000年）的文物修復，并初步驗證了其在家具、建材領域的應用潛力。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04642

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（責任編輯：xu）

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