南科大郭传飞教授团队、唐际根教授团队《Nano Lett.》：一种用于文物修复的坚韧水凝胶粘合剂

2023-02-06 来源：高分子科技

文物修复用胶是考古领域用以修复文物形状的重要工具。目前用于文物修复的粘接剂普遍面临固化时间长、力学性能差、无法湿粘接等挑战，严重限制了文物修复的完整性和可靠性。

近期，南方科技大学郭传飞教授团队与唐际根教授团队研制了一种基于氧化还原引发体系的水凝胶型粘接剂用于文物修复。这种水凝胶型粘接剂（THA）表现出快速固化、强韧粘接、可湿粘接、和耐老化的优异性能，已经成功用于殷墟遗址（公元前1300年）和下角山遗址（公元前4000年）的文物修复。该工作以“A tough hydrogel adhesive for the repair of archeological pottery”为题发表在《NANO Letters》上（Nano Lett 2023）。文章第一作者是南方科技大学博士生郭梦雪，博士生李刚为共同第一作者；郭传飞教授是论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、广东省科技厅、深圳市科创委的资助。

图1：THA的制备及分子结构

THA是一种基于氧化还原引发体系的粘接剂。相比于传统的粘接剂，氧化还原引发体系具有较低的活化能，可以迅速引发单体聚合形成网络，使其5s内完成粘接。固化后的THA是线性聚乙烯醇（PVA）和交联聚丙烯酰胺（PAAm）形成的互穿网络结构。一方面，分子链上大量氨基和羟基与陶片表面的羟基形成氢键，构筑强的界面相互作用；另一方面，互穿网络结构较高的韧性使其可以通过形变耗散界面附近的应力。特别的，本工作还揭示了软材料在多孔基质表面通过将裂纹离散化来阻止单个裂纹的扩展，从而实现对界面进行增韧的机理。

图2：THA与陶片的强韧粘接及应用展示

THA在使役性能上也表现出独特的优势。THA与陶片表面形成共形而稳定的界面，该界面的强度远高于传统粘接剂。加速老化实验和蠕变实验结果表明，THA本体及界面均具有优异的耐老化性能，可以保持所修复文物的长期稳定。特别是这种粘结剂能够有效地实现湿润陶片的粘结，这对于一些潮湿环境下的文物发掘与修复十分有用。研究者已经成功将THA用于殷墟遗址（公元前1300年）和下角山遗址（公元前4000年）的文物修复，并初步验证了其在家具、建材领域的应用潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04642

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（责任编辑：xu）

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