Nature：低成本、高性能的生物質粘合劑！

一、【導讀】

在日常生活中，粘合劑幾乎無處不在。盡管現代膠水具有高性能和低成本等特點，但幾乎所有的粘合劑都來源于石油，且可以產生永久性的粘合，阻礙材料的回收分離，并阻止其在填埋場中降解。此外，毒性也可能是一個令人擔憂的問題，例如，膠合板中的粘合劑會將致癌甲醛排放到新建筑和房屋中。當研究現有材料的生物替代品時，成本和性能是所有人最關注的。就粘合劑而言，當試圖從石油原料轉向可持續材料生態系統時，目前的生物質粘合劑難以克服性能低、成本高或缺乏所需規模的可用性的問題。

?二、【成果掠影】

近日，美國普渡大學海洋生物膠粘劑科學家Jonathan J. Wilker教授團隊開發了一種可持續來源的粘合劑體系，其由環氧化大豆油（soy）、蘋果酸（mal）和單寧酸（tan）按一定比例混合制成，其性能與當前商用粘合劑相媲美。研究表明，使用粘合劑的接縫可以在使用吹風機5分鐘或180 ℃，24小時的條件下進行固化?，金屬基底之間的粘附力高達18?MPa，其性能超過了現代最強粘合劑——經典環氧樹脂的性能。該粘合劑所有成分都是生物質衍生、廉價易得、成本低，并且大規模生產可以通過簡單地混合和加熱制備。本研究表明這種新型粘合劑可能有助于材料的可持續粘合。該綜述以題為“Sustainably sourced components to generate high-strength adhesives”發表在知名期刊Nature上。

三、【核心創新點】

利用廉價易得的生物質衍生物，通過一定比例簡單混合制備的新型粘合劑體系，表現出超高的粘合性能。

四、【數據概覽】

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圖1? 不同粘合劑化學組成 ? 2023 Springer Nature

（a）經典環氧樹脂粘合劑的兩種化學成分結構式

（b）本研究中生物質粘合劑三種成分（環氧化大豆油、蘋果酸和單寧酸）的化學結構式

圖2? 生物質粘合劑soy-mal-tan的性能 ? 2023 Springer Nature

（a-g）在噴砂鋼、拋光鋁、特氟龍、拋光鋼、噴砂鋁、PVC和松木上使用時，生物質粘合劑與其他粘合劑性能對比

（h）照片顯示了使用生物質粘合劑導致木質基材在膠粘劑粘接處斷裂前就已經損壞

圖3? 生物質粘合劑soy-mal-tan的表征 ? 2023 Springer Nature

（a）不同組分、化合物組合和soy-mal-tan的¹H NMR譜

（b）蘋果酸、選定的混合物和soy-mal-tan的¹³C NMR譜

（c）蘋果酸、選定的混合物和soy-mal-tan的羰基區域的紅外光譜

（d）soy-mal和mal的羧基區域的紅外光譜

圖4? 基于可持續來源粘合劑潛在實際影響 ? 2023 Springer Nature

將兩塊拋光鋁基板以1.2?×?1.2?cm²重疊，加入粘合劑后在空氣中固化后（70°C，24 h或180°C，6 h），將接頭浸入室溫下的去離子水中，在不同的停留時間后從水中取出樣品，并測量剪切粘附力。

?五、【成果啟示】

研究人員受貽貝蛋白粘附啟發，開發了一種由環氧化大豆油（soy）、蘋果酸（mal）和單寧酸（tan）混合制備的粘合劑體系，其性能與當前商用粘合劑相媲美。這種新型粘合劑所有成分都是生物質衍生的，成本低，并且均可以大量獲得，然后通過簡單的混合和加熱大規模生產。這種新型的粘合劑為材料的可持續粘合提供助力。

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

本文由大兵哥供稿。