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被Apple拋棄的“雙面膠帶”

  萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，已經(jīng)用了這么多年的雙面膠帶這次竟然真的被Apple拋棄了！

這個(gè)情況還是我們?cè)诳戳私衲甑奶O果秋季新品發(fā)布會(huì)之后才注意到的，當(dāng)時(shí)發(fā)布會(huì)上播放了一段名為《自然之母》的短片，集中展示了近兩年蘋果公司在控制碳排放方面做出的各種努力，而其中最為重要的一項(xiàng)成果就是——

今年推出的新款Apple Watch 9，其整個(gè)制造過(guò)程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了100%的碳中和！

當(dāng)時(shí)這個(gè)畫面一出來(lái)，我們就立刻意識(shí)到事情不妙了——

因?yàn)橐恢币詠?lái)為了追求機(jī)身的“輕量化”，Apple Watch都是直接采用PSA雙面膠帶將后蓋“粘”在外殼上。

這種膠帶粘接力強(qiáng)、密封性能好、而且異常輕薄。用它粘接Apple Watch的后蓋，既能取代復(fù)雜的密封膠條，又能去掉厚重的螺絲結(jié)構(gòu)，可謂一石二鳥(niǎo)地實(shí)現(xiàn)“密封防水”與“結(jié)構(gòu)粘接”的雙重目的！

但是這種膠帶的bug在于它是一種“溶劑型”產(chǎn)品，在其制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的VOC及碳排放。

那么現(xiàn)在新款Apple Watch 9官宣實(shí)現(xiàn)了“100%碳中和”，是否也就意味著已經(jīng)使用了多年的PSA壓敏膠帶這次已經(jīng)悄然出局了？！

果然，其后流出的拆機(jī)視頻證實(shí)了我們的猜測(cè)——

當(dāng)Apple Watch 9的后蓋被掀開(kāi)的那一剎那，可以清晰地看到原來(lái)的PSA壓敏膠帶已經(jīng)換成了一圈柔軟的膠條！

結(jié)合邊框處的溝槽設(shè)計(jì)可以判斷，這大概率是一款專門用于密封防水的有機(jī)硅體系FIPG(液態(tài)墊圈)膠水。

這種膠水雖說(shuō)固化之后的粘接強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都非常之差，但是它勝在自始至終都不使用溶劑，因此取代PSA雙面膠帶可說(shuō)是名正言順！

只不過(guò)這樣的膠水在結(jié)構(gòu)粘接方面顯然起不到任何作用，于是為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，Apple又不得不重新啟用了厚重又復(fù)雜的螺絲結(jié)構(gòu)……

然后我們就看到了這樣一個(gè)頗為“魔幻”的場(chǎng)景——

Watch 9背后的“釘子”讓這款23年的新機(jī)散發(fā)出了一股功能機(jī)時(shí)代的“爹味兒”；反倒是2020年的老款Watch 6，其簡(jiǎn)約光滑的后蓋看起來(lái)反而還更有一點(diǎn)新機(jī)的味道！

一開(kāi)始我們還以為這是Apple為了環(huán)保做出的犧牲，但之后的一則新聞就讓我們發(fā)覺(jué)事情并不簡(jiǎn)單了——

2023年10月1日，歐盟“碳關(guān)稅”正式生效。此后所有進(jìn)口至歐盟的商品，只要在生產(chǎn)過(guò)程中存在“碳排放”就都要繳納高額關(guān)稅！

如此看來(lái)，Apple對(duì)于PSA壓敏膠帶的“忍痛割愛(ài)”與其說(shuō)是環(huán)保愛(ài)地球，倒不如說(shuō)是為了利潤(rùn)的“降本增效”了！

那么問(wèn)題就來(lái)了——

PSA壓敏膠帶也并非只有“溶劑型”，早在上個(gè)世紀(jì)60年代末期，一種完全不使用有機(jī)溶劑的“水性”丙烯酸PSA膠帶就已經(jīng)被材料大廠3M公司開(kāi)發(fā)出來(lái)了！

經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，這種主打環(huán)境友好的“水性”壓敏膠早已發(fā)展成堪比“溶劑型”的龐大產(chǎn)業(yè)！

既然如此，Apple為什么放著環(huán)保的“水性”丙烯酸壓敏膠帶不用，反倒還要大費(fèi)周章地選擇會(huì)讓產(chǎn)品外觀變得更丑、成本變得更高的螺絲+膠水方案呢？

這個(gè)問(wèn)題可真是說(shuō)來(lái)話長(zhǎng)，要想厘清其中的原委，我們就還得從丙烯酸壓敏膠帶的生產(chǎn)工藝講起……

02

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“有機(jī)溶劑”與“壓敏膠”

簡(jiǎn)單粗暴地理解，丙烯酸壓敏膠最主要的原材料也就兩個(gè)——

一個(gè)是小分子的丙烯酸酯單體，它們就像砌墻用的“磚頭”，是合成壓敏膠的主力成分；

而另一個(gè)則是引發(fā)劑，它主要負(fù)責(zé)生成自由基，進(jìn)而激發(fā)單體小分子們之間的聚合反應(yīng)。

至于前面我們反復(fù)提到的有機(jī)溶劑則頂多算個(gè)“工具人”，它無(wú)非就是給單體和引發(fā)劑提供一個(gè)反應(yīng)環(huán)境而已。

不過(guò)這個(gè)“工具人”非常重要，是它讓單體們實(shí)現(xiàn)了極為均勻的分子級(jí)分散，由此自由基才能順利“引爆”單體之間的聚合反應(yīng)！

而這種靠著自由基引發(fā)的聚合反應(yīng)，就是大名鼎鼎的“自由基聚合”！

等“自由基聚合”結(jié)束之后，原本離散的丙烯酸酯單體們也都結(jié)成了高分子的長(zhǎng)鏈，作為壓敏膠應(yīng)該具備的粘接力與內(nèi)聚力也就隨之產(chǎn)生了！

此時(shí)將溶液涂布在膠帶基材上，再加熱讓有機(jī)溶劑揮發(fā)掉，一卷可以用來(lái)粘東西的丙烯酸PSA壓敏膠帶也就做好了。

然而正是在這一步，那個(gè)被Apple視為洪水猛獸的VOC和碳排放問(wèn)題也不可避免地出現(xiàn)了！

等“自由基聚合”結(jié)束之后，原本離散的丙烯酸酯單體們也都結(jié)成了高分子的長(zhǎng)鏈，作為壓敏膠應(yīng)該具備的粘接力與內(nèi)聚力也就隨之產(chǎn)生了！

此時(shí)將溶液涂布在膠帶基材上，再加熱讓有機(jī)溶劑揮發(fā)掉，一卷可以用來(lái)粘東西的丙烯酸PSA壓敏膠帶也就做好了。

然而正是在這一步，那個(gè)被Apple視為洪水猛獸的VOC和碳排放問(wèn)題也不可避免地出現(xiàn)了！

因?yàn)槿榛瘎┓肿永锿瑫r(shí)含有親水和親油兩個(gè)基團(tuán)，只要將它們加入水中，就能讓原本團(tuán)聚在一起的丙烯酸酯單體們分散成無(wú)數(shù)微米級(jí)別的“小液滴”。

如此一來(lái)，自由基就能相對(duì)容易地引發(fā)“小液滴”內(nèi)單體的聚合，最終也能制備出同樣的丙烯酸聚合物！

然后再將反應(yīng)溶液涂布在膠帶基材并烘干水分，一款全程都極低碳排放的“水性”丙烯酸壓敏膠帶也就做出來(lái)了！

唯一的bug，就是乳化劑還殘留在里面……03

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“吸濕性”與“無(wú)規(guī)共聚”

由于乳化劑的親水基團(tuán)“吸濕性”非常好，這就導(dǎo)致“水性”丙烯酸壓敏膠帶對(duì)于潮濕環(huán)境異常敏感！

有研究人員對(duì)市面上24款主流的“水性”丙烯酸壓敏膠帶做過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)哪怕只是短暫接觸水分，它們的剝離力也都會(huì)出現(xiàn)斷崖式下跌！

而另一方面，不管是“溶劑型”還是“水性”壓敏膠，它們采用的自由基聚合本身也存在很大缺陷！

比如回看這個(gè)動(dòng)圖，是不是感覺(jué)自由基聚合還挺井然有序的？但實(shí)際情況根本就不是這樣！

真正的自由基聚合可說(shuō)是混亂之極！其狀態(tài)更像是“崩爆米花”，整個(gè)反應(yīng)在不到一秒鐘的時(shí)間內(nèi)就迅速而又劇烈地結(jié)束了！

因?yàn)檫@樣的反應(yīng)完全不可控，最后能“崩”出什么聚合物就像是在開(kāi)盲盒，所以分子鏈的嵌段組合就呈現(xiàn)出了高度的無(wú)規(guī)則性。這就直接導(dǎo)致膠帶的粘接性能出現(xiàn)波動(dòng)

而這個(gè)情況，就是讓材料學(xué)家們都頗為頭疼的“無(wú)規(guī)共聚”！

于是乎，“吸濕性”為表“無(wú)規(guī)共聚”為里，兩相共同作用之下，環(huán)保的“水性”丙烯酸壓敏膠帶終于憑借羸弱的粘接與耐濕熱性能嚇退了Apple Watch 9
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“改變世界”的RAFT技術(shù)

RAFT（可控活性自由基）聚合技術(shù)誕生于上世紀(jì)末的1998年。

在那個(gè)年代基因編輯技術(shù)迅猛發(fā)展，生物學(xué)家們發(fā)現(xiàn)通過(guò)某些生物酶就能對(duì)特定的DNA序列進(jìn)行“剪斷”與“連接”操作。

但是誰(shuí)能想到，就在人們對(duì)此一籌莫展之際，中國(guó)科學(xué)家在這個(gè)問(wèn)題上的研究取得了重大突破！
而他們的研究方向，就是被認(rèn)為足以“改變世界”的RAFT技術(shù)！

受到這項(xiàng)技術(shù)的啟發(fā)，材料學(xué)家們也找到了一種對(duì)于自由基聚合出來(lái)的高分子長(zhǎng)鏈有著“剪斷-連接”功能的“酶”——

RAFT（可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移）試劑！

這種試劑對(duì)自由基有著天生的操控力，只要將它投入反應(yīng)釜中，原本如“崩爆米花”般劇烈不可控的“自由基聚合反應(yīng)”就會(huì)立刻變得可控起來(lái)！

在這個(gè)試劑的加持之下，材料學(xué)家們仿佛打開(kāi)了新世界的大門——

因?yàn)橹灰獙⒏鞣N單體按照一定順序投入反應(yīng)釜，自由基就會(huì)編織出相應(yīng)結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物