比3M胶还强！绿色聚碳酸酯粘合剂

　　什么是压敏胶粘剂？

　　压敏胶粘剂是一种同时具备着液体:粘性性质和固体弹性性质的软聚合物材料，能够在压力下通过范德华力粘附于材料表面。近年来，压敏胶在绷带、标签、包装和绝缘材料等商品中普遍存在，由于一次性塑料几乎占塑料年产量的一半，因此在未来的材料设计领域，材料的合成和分解必须满足绿色化学的要求，同时需要具有与传统材料相当或更高的性能。

压敏胶带

　　亮点

　　近期，波士顿大学的Grinstaff教授介绍了一系列由碳酸酯三元共聚物组成的环保、可持续且响应迅速的聚合胶粘剂。这种胶粘剂不仅可与金属、玻璃、木材甚至PTFE牢固结合，并且在干燥和潮湿环境中均能通过调控温度使其呈现出可逆的按需粘合，同时这种粘合剂能够通过调控聚合物组成和微观结构，以获得所需的化学、物理、降解和机械性能。

聚合胶粘剂的合成

　　如图1所示，研究人员在40℃下由钴配合物催化缩水甘油丁酯（GB）、环氧丙烷（PO）和CO2的三元聚合反应，合成了聚（丙烯-共缩水甘油碳酸酯）（PPGBC）。GB的酯侧链通过范德华力赋予其粘合性，而PO能够更紧密地压实聚合物链，提高玻璃化转变温度和聚合物内聚强度。此外，更重要的是，PPGBC降解所得到的单体均是无毒无害的食品添加剂成分。

图1. 聚合胶粘剂的化学结构

　　粘合强度

　　研究人员通过控制不同单体的进料比得到了多种三元共聚物，并通过撕裂实验测试了所得共聚物的粘合强度，结果如图2a所示，PPGBC-56和PGBC-100表现出优异的粘合力，均表现出与市售3M胶带相当甚至远超它们的优异粘合强度。

　　随后，评估了粘合力最强的PPGBC-56对不同材料的粘附性，研究人员将其与金属、玻璃、木材和PTFE进行粘性测试。从图2b可以看出，PPGBC-56具有与金属、木材和玻璃的强粘合力，虽然对PTFE的粘合强度由于氟原子的高电负性而有所降低，但效果仍然可观。

图2. 胶粘剂在不同条件下的粘附性能。

　　温度控制水下粘合强度

　　此外，研究人员为了证明能够通过温度变化控制粘合剂在水下的粘性状态。在玻璃体的一侧涂上PPGBC-56，将其浸入21℃的水中，再将金属棒轻轻放在粘合剂表面上，静置5秒后如图3、4所示将其取出，可以看出金属棒不会粘附在玻璃体上。

图3. 21℃水下粘合实验

图4. 21℃水下粘合实验

　　随后，研究人员将水加热到37°C，将同一根金属棒放在涂有粘合剂的玻璃体表面，静置5s后从水中移出，如图5、6所示，金属棒以足够的力粘合到玻璃上，从而拿起并固定玻璃体；而当水温升至50℃时，金属棒则与玻璃体分离，由于在此较高的温度下，加热会扩大聚合物的体积，使分子间的范德华力减弱。

图5. 37℃/50℃水下粘合实验

图6. 37℃水下粘合实验

　　本篇文章中，研究人员合成了一系列环保、可持续的聚合胶粘剂，这些胶粘剂从环境和生物医学的角度来看，都是具有潜在商业用途的非常具有吸引力的材料。这种胶粘剂不仅可粘在多种化学材料上，而且其粘合力能够超过市售3M胶带。研究人员所介绍的这种方法不仅开辟了胶粘剂领域新的研究途径，更重要的是促进了对独特功能性粘合剂材料的研究，有望满足社会日益增长的需求！