В научном журнале Nature Communications опубликованы результаты исследования нового адгезивного материала, способного надежно скреплять различные поверхности в водной среде. Изобретенный инженерами состав образует плотное соединение всего за 10 секунд, выдерживает статические физические нагрузки на протяжении нескольких лет и допускает многократное применение. Новая технология решает одну из главных проблем морской и промышленной инженерии: традиционные клеящие вещества быстро разрушаются или смываются в воде из-за гидратационного слоя, который образует на предметах отталкивающий барьер и препятствует контакту клея с поверхностью.

Автор: Google Источник: gemini.google.com

Основой инновационного материала является супрамолекулярная ионная жидкость, получившая номенклатурное обозначение BP16TPB. В основе ее работы лежит принцип самосборки, который запускается в результате обмена растворителей. На этапе подготовки компоненты с гибкой и жесткой молекулярной структурой соединяют в единую композицию. Затем массу смешивают с диметилсульфоксидом (ДМСО), выступающим в роли сильного сольватирующего растворителя. Он воздействует на BP16TPB таким образом, что часть молекулярных связей расходится, образуя мобильные частицы с электрическим зарядом.

При попадании этого состава в воду начинается серия физико-химических реакций. Из-за разницы в показателях поверхностного натяжения между водой и ДМСО возникает эффект Марангони. Жидкость начинает быстро растекаться, механически вытесняя микроскопический слой воды с обрабатываемой поверхности. Как только барьер устранен, заряженные ионы адгезива реорганизуются. Молекулярная сеть выстраивается заново и фиксируется благодаря формированию водородных связей и процессу, известному как π-π-стэкинг.

На иллюстрации представлена принципиальная схема двух составов: слева показан чистый раствор BP16TPB, а справа — модифицированный вариант с добавлением диметилсульфоксида (ДМСО). Автор: Hu et al. Источник: www.polymer.cn

Согласно данным лабораторных испытаний, уровень адгезии достигает 1,1 мегапаскаля спустя всего 10 секунд после контакта с водой. Для проверки долговечности склеенный образец с подвешенным грузом массой два килограмма поместили в резервуар с жидкостью на три года — за этот период соединение не получило деформаций и повреждений. Помимо этого, BP16TPB является пригодным для вторичного использования. В ходе тестов состав отсоединяли и наносили повторно восемь раз, при этом показатели его прочности оставались на исходном уровне.

Лабораторные испытания устойчивости подводных клеевых соединений в рамках нового исследования. Автор: Hu et al. Источник: www.sciencealert.com

Испытания клея проводились с керамикой, стеклом, медью и полимерными материалами, включая полиамид и эпоксидную смолу. Физические свойства нового состава рассчитаны на применение в промышленном секторе. Его можно наносить с помощью шприца для устранения течей в подводных трубопроводах, герметизации корабельных корпусов и обслуживания океанической инфраструктуры без необходимости извлечения объектов на сушу.