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Controlled Natural Biomass Deoxygenation Allows the Design of Reusable Hot-Melt Adhesives Acting in a Multiple Oxygen Binding Mode
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-09-25 , DOI: 10.1021/acsami.0c14986 Fedor A. Kucherov 1 , Evgeniy G. Gordeev 1 , Alexey S. Kashin 1 , Valentine P. Ananikov 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-09-25 , DOI: 10.1021/acsami.0c14986 Fedor A. Kucherov 1 , Evgeniy G. Gordeev 1 , Alexey S. Kashin 1 , Valentine P. Ananikov 1
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The present article describes a conceptual view on the design of reusable bioderived high-value-added materials. The translation of a highly complex irregular structure of natural biopolymer into a well-defined hierarchically organized molecular chain led to the discovery of unique adhesive properties enhanced by a novel multiple binding effect. For practical applications, biomass-derived furanic polyesters were found as reusable thermoplastic adhesives. Examined poly(ethylene-2,5-furandicarboxylate) (PEF) and poly(hexamethylene-2,5-furandicarboxylate) (PHF) showed strong adhesion to aluminum in single-lap shear tests (1.47 ± 0.1 and 1.18 ± 0.1 kN/cm2, respectively). After the separation, the joints could be easily restored by reheating of the metal parts. Three consecutive cycles of regluing were successfully performed without a significant drop in the adhesive strength. Strong adhesion of the biomass-derived polymers to glass surfaces was also observed (0.93 ± 0.11 kN/cm2 for PEF and 0.84 ± 0.06 kN/cm2 for PHF). An in-depth study of the surfaces after the shear tests, carried out by means of scanning electron microscopy, revealed predominantly cohesive failure in the case of aluminum samples and adhesive failure in the case of glass samples. Computational modeling revealed a multiple oxygen binding mode for the interaction of furanic polyester molecules with the glass surface and metal atoms. Only sustainable materials were used as a carbon source for the production of target polymers, which showed excellent compatibility with the practically most demanding constructing materials (a universal reusable hot-melt adhesive for copper, brass, Be-copper, Mn-bronze, zinc, aluminum, titanium, and glass).
中文翻译：
受控的自然生物质脱氧允许设计可重复使用的热熔胶，以多种氧气结合方式起作用
本文介绍了可重复使用的生物衍生的高附加值材料设计的概念视图。将天然生物聚合物的高度复杂的不规则结构转化为定义明确的层次结构化的分子链，导致发现了独特的粘合特性，这种粘合特性通过新型多重结合效应得以增强。对于实际应用，发现生物质衍生的呋喃聚酯是可重复使用的热塑性粘合剂。在单圈剪切试验中，经检查的聚（乙烯-2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯）（PEF）和聚（2,5-呋喃二甲酸六亚甲基酯）（PHF）对铝具有强粘合力（1.47±0.1和1.18±0.1 kN / cm 2， 分别）。分离后，通过重新加热金属零件可以很容易地恢复接头。成功进行了三个连续的上胶循环，而粘合强度没有明显下降。还观察到了生物质衍生的聚合物对玻璃表面的强粘附力（PEF为0.93±0.11 kN / cm 2，PEF为0.84±0.06 kN / cm 2对于PHF）。通过扫描电子显微镜对剪切试验后的表面进行了深入研究，发现铝样品主要是内聚破坏，玻璃样品主要是内聚破坏。计算模型揭示了呋喃聚酯分子与玻璃表面和金属原子相互作用的多重氧结合模式。只有可持续性材料被用作生产目标聚合物的碳源，它与几乎最苛刻的建筑材料（通用的可重复使用的热熔性粘合剂，用于铜，黄铜，铍铜，锰青铜，锌，铝，钛和玻璃）。
更新日期：2020-10-07
中文翻译：
受控的自然生物质脱氧允许设计可重复使用的热熔胶，以多种氧气结合方式起作用
本文介绍了可重复使用的生物衍生的高附加值材料设计的概念视图。将天然生物聚合物的高度复杂的不规则结构转化为定义明确的层次结构化的分子链，导致发现了独特的粘合特性，这种粘合特性通过新型多重结合效应得以增强。对于实际应用，发现生物质衍生的呋喃聚酯是可重复使用的热塑性粘合剂。在单圈剪切试验中，经检查的聚（乙烯-2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯）（PEF）和聚（2,5-呋喃二甲酸六亚甲基酯）（PHF）对铝具有强粘合力（1.47±0.1和1.18±0.1 kN / cm 2， 分别）。分离后，通过重新加热金属零件可以很容易地恢复接头。成功进行了三个连续的上胶循环，而粘合强度没有明显下降。还观察到了生物质衍生的聚合物对玻璃表面的强粘附力（PEF为0.93±0.11 kN / cm 2，PEF为0.84±0.06 kN / cm 2对于PHF）。通过扫描电子显微镜对剪切试验后的表面进行了深入研究，发现铝样品主要是内聚破坏，玻璃样品主要是内聚破坏。计算模型揭示了呋喃聚酯分子与玻璃表面和金属原子相互作用的多重氧结合模式。只有可持续性材料被用作生产目标聚合物的碳源，它与几乎最苛刻的建筑材料（通用的可重复使用的热熔性粘合剂，用于铜，黄铜，铍铜，锰青铜，锌，铝，钛和玻璃）。
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