水下黏附在组织粘附、生物医学涂层、药物输送、可穿戴设备、传感和能量存储等领域发挥着重要作用。针对低盐度海水的湿态黏结剂研究已取得了重大进展，但针对天然海水的离子黏结剂研究进展较少。这是由于高盐度会削弱界面结合力，屏蔽静电相互作用，从而导致黏结失效。设计可在天然海水中使用的黏结剂是一个挑战。

      基于上述背景，华中科技大学化学与化工学院赵强教授课题组设计咪唑乙腈(IA)对聚氯丙烷(PECH)进行改性，合成了阳离子聚电解质(PECHIA，图1a)。PECHIA水溶液在天然海水中可发生自凝聚(图1b)。由于海水中的高盐度，聚合物链之间的静电斥力被屏蔽，“阳离子-偶极子”相互作用力增强，从而触发PECHIA链自聚集形成凝聚体(图2)。

图1 (a) PECHIA的化学结构; (b) PECHIA溶液(100 mg·mL⁻¹, 1 mL)与NaCl溶液(1.2 mol·L⁻¹, 1 mL)混合并静止0.5 h的照片。

图2 PECHIA/NaCl混合物静止后下层凝聚物的流变曲线。

在此基础上，进一步探究了触发PECHIA自凝聚所需的临界NaCl浓度(C_NaCl)，以及NaCl浓度对液-液相分离后底部凝聚物组成的影响(图3)。

图3 (a) 20 ℃时PECHIA/NaCl混合物随PECHIA和NaCl浓度变化的相图；(b) 不同NaCl浓度下PECHIA/NaCl混合物底部凝聚物的质量比。

      PECHIA的水溶液在天然海水中发生凝聚和自交联，允许在海水中与各种底物进行水下黏附。该黏结剂在天然海水中的瞬时剪切和拉伸黏结强度分别为47和119 kPa(图4)，而固化后其在天然海水中的拉伸黏结强度可达~739 kPa。通过在天然海水中黏结砂粒并构建三维砂粒模型，展示了PECHIA在自然海水环境中的应用前景(图5)。

图4 PECHIA凝聚体在20 ℃自然海水中不同时间的(a)剪切和(b)拉伸黏结强度。

图5 PECHIA在天然海水中原位黏结砂粒并构建不同形状的三维砂粒模型。

      该工作即将发表在Chinese Journal of Polymer Science的"Functional Polymer Materials"专辑。刘旭斐博士研究生是该论文的第一作者，赵强教授为通讯作者。

原文信息：

Cation-Dipole Interaction-Induced Coacervate Underwater Adhesives in Natural Seawater

Liu, X. F.; Zhang, C. R.; Peng, H. W.; Zhao, Q.

Chinese J. Polym. Sci. 

DOI: 10.1007/s10118-024-3141-5