关键词：聚硫辛酸 (PTA)，二苯并-18-冠-6（DB18C6），冠醚改性聚硫辛酸 PTA-DB18C6 胶粘剂，2-苯氧基乙基丙烯酸酯、二苯并21冠7醚、二苯并24冠8醚

Closed-loop recyclable and ultra-low temperature resistant underwater adhesive

Chem. Eng. J. 20 July 2026，Article: 179712

DOI：10.1016/j.cej.2026.179712

一、研究背景

耐超低温水下胶粘剂在深海工程、极地装备、低温柔性电子领域具有重大应用价值，但现有材料存在难以兼顾的三重矛盾：

1.普通水下粘接高分子内部的自由水会在低温下结晶，造成材料脆化、界面粘接失效，无法适配液氮级超低温（-196 ℃）工况；

2.多数水下胶粘剂依赖不可逆共价交联，材料报废后无法拆解回收，难以满足绿色可持续发展需求；

3.常规改性策略难以同时实现稳定水下粘接、宽温域耐低温、闭环化学回收三大功能。

本工作提出冠醚增韧改性策略，采用二苯并-18-冠-6（DB18C6）修饰聚硫辛酸基体；冠醚通过氢键将体系内自由水转化为束缚水，抑制低温冰晶生成，维持界面结构完整，避免材料低温脆化。所得PTA-DB18C6胶粘剂具备广谱基材水下粘接能力，耐受温度区间覆盖-196 ℃至110 ℃；同时实现冠醚单体与聚硫辛酸基体的闭环分离回收，回收率高于90%；且该冠醚改性策略具备普适性，为开发可回收耐极寒水下胶粘剂提供通用设计思路。

二、PTA-DB18C6 冠醚改性胶粘剂构筑体系

1.聚硫辛酸（PTA）基体构建

由硫辛酸单体聚合得到含动态二硫键的聚硫辛酸高分子基体，材料自带大量羧基，具备基础水下粘接能力与动态可逆降解潜力。

2.DB18C6 冠醚复合改性

引入二苯并18-冠-6后，冠醚环结构可与水分子、高分子羧基形成多重氢键网络；依靠氢键作用捕获自由水，将游离水转变为束缚水。同时体系内存在的π-π相互作用可与氢键协同，强化界面粘接强度。

3.PTA-DB18C6 复合胶粘剂成型

将聚硫辛酸、DB18C6冠醚、助剂共混构筑复合粘接体系，依靠多重非共价相互作用构建稳定交联网络，得到兼具水下粘接、超低温耐受性的高分子胶粘剂。

三、冠醚调控耐低温水下粘接与闭环回收作用机制

1.冠醚氢键束缚水抑制低温脆化核心机理

DB18C6通过氢键捕获自由水分子，将易结冰的自由水转化为束缚水，大幅降低低温下冰晶生成概率；可在超低温环境维持高分子界面结构完整性，阻止材料发生脆性断裂，实现在-196 ℃液氮环境下稳定使用。

2.多重非共价协同强化水下界面粘接

高分子羧基、冠醚、水分子之间形成氢键网络，叠加冠醚芳香环带来的π-π相互作用，可在水环境下有效排开界面水层，实现多种基材表面的高强度水下粘接。

3.宽温域稳定耐受特性

粘接网络结构稳定，工作温域拓宽至-196 ℃ ~ 110 ℃，可同时适配极寒低温与常规高温工况。

4.闭环化学回收机制

通过选择性解离工艺，可实现DB18C6冠醚小分子与聚硫辛酸基体的高效分离，两种组分回收率均＞90%，分离后的原料可重新制备胶粘剂，搭建出完整的闭环循环路线。

5.理论模拟验证

密度泛函理论DFT、分子动力学MD模拟证实：冠醚的引入可强化界面相互作用，优化水分子存在形态，从分子层面解释了粘接强度提升与耐低温性能增强的机制。

四、研究核心创新点

1.冠醚束缚水全新抗冻策略：

利用二苯并18-冠-6的氢键作用捕获自由水，将其转变为束缚水，从根源抑制低温冰晶诱导的脆化，实现液氮级超低温水下粘接；

2.多功能一体化胶粘剂体系：

单一材料同时实现广谱水下粘接、超宽温域耐受、闭环化学回收三大核心功能；

3.具备普适性的改性范式：

冠醚增韧策略可推广至其他高分子体系，可指导设计一系列耐低温可回收水下粘接材料；

4.理论结合实验完整阐明机理：

DFT+分子动力学模拟揭示了水分子状态调控、界面粘附增强的分子机制。

五、应用拓展

1.冠醚分子结构优化：调整冠醚环尺寸、取代基团，进一步提升水结合能力与低温韧性；

2.基体高分子拓展：将该冠醚改性策略应用于其他动态共价高分子、天然高分子水下胶粘剂；

3.功能复合改性：引入纳米填料，进一步提升粘接强度、耐磨性与抗盐海水腐蚀性能；

4.应用场景落地：极地海洋工程水下修补、深海装备密封粘接、低温柔性电子封装、航空航天极寒环境粘接构件。

免责声明：

1）本文介绍的研究仅代表原作者观点，不代表本平台立场，敬请读者批判性阅读。

2）此文仅供学术交流使用。若存在侵权问题或文献解读疏漏，我们深表歉意，请及时通过公众号留言或联系邮箱告知，我们将在第一时间进行修改或撤稿，感谢您的谅解。

3）除特别说明外，本文版权归芮进特所有，翻版必究。