膠粘劑廣泛應用于家具、汽車、船舶、航空航天及生物醫學等領域。其中，環氧樹脂膠粘劑憑借優異的耐化學性、熱穩定性、力學性能以及卓越的粘接強度，在嚴苛工況下發揮著不可替代的作用。然而，傳統環氧樹脂主要依賴不可再生的雙酚A（BPA）為原料，并固化形成永久交聯網絡，不僅消耗日益緊缺的化石資源，還導致大量難以降解的廢棄物，帶來嚴峻的可持續發展挑戰。在此背景下，開發可再生、可回收、高性能的生物基環氧膠粘劑成為材料科學領域的重要方向。盡管近年來生物基體系取得顯著進展，其合成通常依賴復雜的化學改性過程，不僅提高生產成本，也限制了實際應用的可行性。因此，如何實現從天然原料直接構建高性能膠粘劑，成為實現可持續膠粘技術廣泛應用的關鍵。
近日，江南大學化學與材料工程學院馬松琪教授團隊提出一種基于葡萄糖與環氧化大豆油（ESO）的新型生物基環氧膠粘劑體系，相關成果發表于國際高分子領域權威期刊《Macromolecules》。該策略無需催化劑和溶劑，通過動態β-羥基酯鍵實現高效交聯，成功解決了傳統生物基環氧材料合成復雜、儲存穩定性差等關鍵問題，為高性能可持續膠粘劑的設計提供了可擴展、低成本的新路徑（圖1）。研究團隊巧妙利用4-甲基六氫苯酐（MHHPA）對葡萄糖進行開環修飾，引入親核性羧基官能團，顯著提升其反應活性。這一設計一舉三得：其一，—COOH基團可與ESO發生高效交聯反應；其二，MHHPA的剛性脂環結構有效增強最終材料的機械強度；其三，其空間位阻效應調控反應動力學，使單組分體系在25?°C下保持粘性流動狀態超過34天，展現出優異的儲存穩定性。同時，該體系可在140–170?°C實現快速固化，兼顧加工便利性與使用性能。
圖1 葡萄糖-大豆油環氧膠粘劑的合成示意圖、性能、回收再利用示意圖
選取代表性配方G1M4E2.5、G1M5E2.5和 G1M5E5進行系統研究，結果顯示，該液體環氧樹脂體系在50?°C下儲存1小時后粘度增幅不超過1.4倍，表明其具備出色的儲存穩定性與長的可操作時間。室溫儲存過程中，粘度隨時間呈線性增長，賦予材料性能可調的優勢，適用于多種應用場景。力學性能測試進一步證實，通過調節組分配比，可精準調控材料的玻璃化轉變溫度、模量及韌性，滿足多樣化工程需求（圖2）。
圖2 葡萄糖和大豆油環氧體系的儲存、固化行為和熱/力學性能
在粘接性能方面，該膠粘劑展現出優異的普適性與環境適應性。低粘度狀態下流動性良好，可實現大氣及水下注射；隨粘度升高，仍能在水下有效粘接，水下搭接剪切強度最高達2.2?MPa。完全固化后，膠層具有高度光學透明性，對玻璃、金屬、木材等多種基材均表現出卓越粘附力，其中對玻璃的粘接強度超過30.8?MPa，優于市售商業產品（圖3）。
圖3 葡萄糖和大豆油環氧體系的粘接性能
機理研究表明，該體系的強粘附源于雙重作用機制：一方面，固化過程中逐步形成高度交聯的網絡結構，提升內聚強度；另一方面，分子中豐富的極性基團（如羥基、羧基、酯基）可與極性基材表面形成氫鍵及分子間相互作用，增強界面結合。接觸角測試顯示，液態膠粘劑在各類基材上的潤濕角均明顯低于水，表明其具備優異的鋪展能力，為實現牢固粘接奠定基礎。掃描電鏡分析更加準確的表征了膠粘劑與不同基材斷裂面的微觀破壞狀況，同時驗證了不同組分比例對基材均有很好的浸入性。（圖4）。
圖4 葡萄糖和大豆油環氧體系的粘附機理
更為重要的是，該膠粘劑具備出色的可回收性。其交聯網絡中含有大量動態酯鍵，可在堿性條件下水解，或在小分子醇參與下發生酯交換反應，實現網絡重構。經1,3-丙二醇醇解回收的產物可調控轉化為熱熔膠或壓敏膠，實現回收再用（圖5）。
圖5 葡萄糖和大豆油環氧體系的降解和回收/再利用
該研究將葡萄糖和大豆油增值為可持續的環氧膠粘劑，為生物基膠粘劑的發展提供了一種可擴展的策略，有利于資源、環境和經濟的可持續發展。該工作以“Dynamic Ester-Enabled Recyclable Epoxy Adhesives from Glucose and Soybean Oil: Storage-Stable, High-Adhesion, and On-Demand Degradable”為題發表在《Macromolecules》。文章第一作者為江南大學化學與材料工程學院博士生楊帥其，通訊作者為馬松琪教授。該研究得到國家自然科學基金委、無錫市太湖人才計劃、中央高校基礎研究基金和江南大學科研啟動基金的支持。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c01919
