Nature：低成本、高性能的生物质粘合剂！

一、【导读】

在日常生活中，粘合剂几乎无处不在。尽管现代胶水具有高性能和低成本等特点，但几乎所有的粘合剂都来源于石油，且可以产生永久性的粘合，阻碍材料的回收分离，并阻止其在填埋场中降解。此外，毒性也可能是一个令人担忧的问题，例如，胶合板中的粘合剂会将致癌甲醛排放到新建筑和房屋中。当研究现有材料的生物替代品时，成本和性能是所有人最关注的。就粘合剂而言，当试图从石油原料转向可持续材料生态系统时，目前的生物质粘合剂难以克服性能低、成本高或缺乏所需规模的可用性的问题。

 二、【成果掠影】

近日，美国普渡大学海洋生物胶粘剂科学家Jonathan J. Wilker教授团队开发了一种可持续来源的粘合剂体系，其由环氧化大豆油（soy）、苹果酸（mal）和单宁酸（tan）按一定比例混合制成，其性能与当前商用粘合剂相媲美。研究表明，使用粘合剂的接缝可以在使用吹风机5分钟或180 ℃，24小时的条件下进行固化 ，金属基底之间的粘附力高达18 MPa，其性能超过了现代最强粘合剂——经典环氧树脂的性能。该粘合剂所有成分都是生物质衍生、廉价易得、成本低，并且大规模生产可以通过简单地混合和加热制备。本研究表明这种新型粘合剂可能有助于材料的可持续粘合。该综述以题为“Sustainably sourced components to generate high-strength adhesives”发表在知名期刊Nature上。

三、【核心创新点】

利用廉价易得的生物质衍生物，通过一定比例简单混合制备的新型粘合剂体系，表现出超高的粘合性能。

四、【数据概览】

图1  不同粘合剂化学组成 © 2023 Springer Nature

（a）经典环氧树脂粘合剂的两种化学成分结构式

（b）本研究中生物质粘合剂三种成分（环氧化大豆油、苹果酸和单宁酸）的化学结构式

图2  生物质粘合剂soy-mal-tan的性能 © 2023 Springer Nature

（a-g）在喷砂钢、抛光铝、特氟龙、抛光钢、喷砂铝、PVC和松木上使用时，生物质粘合剂与其他粘合剂性能对比

（h）照片显示了使用生物质粘合剂导致木质基材在胶粘剂粘接处断裂前就已经损坏

图3  生物质粘合剂soy-mal-tan的表征 © 2023 Springer Nature

（a）不同组分、化合物组合和soy-mal-tan的¹H NMR谱

（b）苹果酸、选定的混合物和soy-mal-tan的¹³C NMR谱

（c）苹果酸、选定的混合物和soy-mal-tan的羰基区域的红外光谱

（d）soy-mal和mal的羧基区域的红外光谱

图4  基于可持续来源粘合剂潜在实际影响 © 2023 Springer Nature

将两块抛光铝基板以1.2 × 1.2 cm²重叠，加入粘合剂后在空气中固化后（70°C，24 h或180°C，6 h），将接头浸入室温下的去离子水中，在不同的停留时间后从水中取出样品，并测量剪切粘附力。

 五、【成果启示】

研究人员受贻贝蛋白粘附启发，开发了一种由环氧化大豆油（soy）、苹果酸（mal）和单宁酸（tan）混合制备的粘合剂体系，其性能与当前商用粘合剂相媲美。这种新型粘合剂所有成分都是生物质衍生的，成本低，并且均可以大量获得，然后通过简单的混合和加热大规模生产。这种新型的粘合剂为材料的可持续粘合提供助力。

原文详情：Sustainably sourced components to generate high-strength adhesives (Nature 2023, 621, 306-311)

本文由大兵哥供稿。