在全球塑料污染問題日益嚴(yán)峻的背景下，傳統(tǒng)熱熔膠粘劑（如EVA和聚氨酯）因缺乏化學(xué)可回收性、難以解粘以及易造成回收流程污染等問題，已成為多層制品（如包裝和建筑材料）循環(huán)利用的主要障礙。這些材料在使用壽命結(jié)束后大多被填埋，不僅浪費(fèi)資源，還對環(huán)境造成持久負(fù)擔(dān)。因此，開發(fā)兼具高性能與化學(xué)可循環(huán)性的新型膠粘劑迫在眉睫。

近日，科羅拉多州立大學(xué)Garret M. Miyake教授團(tuán)隊(duì)研究成功開發(fā)出一類化學(xué)可循環(huán)的聚烯烴類多嵌段共聚物熱熔膠粘劑。該材料通過調(diào)控結(jié)晶性硬段（HB）與非晶性軟段（SB）的比例以及酯基含量，實(shí)現(xiàn)了粘接性能的可調(diào)性，其最高粘接強(qiáng)度可達(dá)6.80 MPa，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)EVA膠粘劑。該膠粘劑不僅具有良好的熱穩(wěn)定性和可再加工性，還能在多層層壓材料中實(shí)現(xiàn)解粘、回收和化學(xué)循環(huán)，為可持續(xù)膠粘劑的設(shè)計(jì)提供了全新平臺。相關(guān)論文以“ Chemically Recyclable and Tunable Polyolefin-Like Multiblock Copolymer Adhesives ”為題，發(fā)表在Angew上，論文第一作者為Zhao Yucheng。

研究中，團(tuán)隊(duì)通過釕催化的無受體脫氫聚合反應(yīng)合成了一系列硬軟段比例不同的多嵌段共聚物（HS0–HS100）。這些材料具有遠(yuǎn)低于EVA的酯基含量（約1%），卻表現(xiàn)出更高的熔融溫度（108–123°C）和熱分解溫度（~383°C），顯示出更寬的工作溫度范圍。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析表明，隨著軟段含量的增加，材料的儲(chǔ)能模量變化范圍變窄，表現(xiàn)出類似物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的行為，適用于從永久性膠粘劑到壓敏膠（PSA）的多種應(yīng)用。

圖1. 典型商業(yè)膠粘劑及其粘接機(jī)制示意圖。

圖2. EVA與多嵌段聚合物HS100–HS0的物理、熱學(xué)和機(jī)械性能。

圖3進(jìn)一步展示了該類材料作為熱熔膠的實(shí)際性能。HS100（無軟段）在鋁基材上的粘接強(qiáng)度已達(dá)4.70 MPa，與EVA相當(dāng)；而引入20%軟段后的HS80更是高達(dá)6.80 MPa。隨著軟段比例繼續(xù)增加，粘接強(qiáng)度可調(diào)至0.04 MPa（HS0），顯示出極大的設(shè)計(jì)靈活性。HS80在鋁、鋼和木材等多種基材上均表現(xiàn)出優(yōu)異粘接性，且在五次重復(fù)使用后仍保持約6 MPa的剪切強(qiáng)度。尤其值得注意的是，其在液氮（-196°C）處理后的性能損失遠(yuǎn)小于EVA，顯示出卓越的低溫適應(yīng)性。

粘接時(shí)間實(shí)驗(yàn)表明，HS80在5分鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)1.6 MPa的初粘強(qiáng)度，遠(yuǎn)高于HS100，且其結(jié)晶度保持穩(wěn)定（38–40%），說明軟段的引入顯著提高了鏈段流動(dòng)性和界面接觸效率。零剪切粘度與粘接強(qiáng)度的相關(guān)性分析進(jìn)一步證實(shí)，適當(dāng)?shù)娜垠w粘度有助于提升表面潤濕性和力傳遞效率。

圖3. 化學(xué)可循環(huán)多嵌段共聚物作為熱熔膠的性能表現(xiàn)。

圖4研究了嵌段長度和酯含量對材料性能的影響。隨著硬段和軟段分子量的增加，材料的熔點(diǎn)和楊氏模量顯著提高，而粘接強(qiáng)度與酯含量呈正相關(guān)（1.30–6.80 MPa）。盡管酯含量遠(yuǎn)低于EVA，多嵌段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)仍實(shí)現(xiàn)了與之相當(dāng)?shù)恼辰訌?qiáng)度，同時(shí)保持了更優(yōu)的聚烯烴類熱性能。

圖4. 酯含量和嵌段長度對多嵌段聚烯烴類聚合物機(jī)械與粘接性能的影響。

在實(shí)際應(yīng)用方面，研究團(tuán)隊(duì)成功將HS80作為中間粘接層制備了聚丙烯/尼龍（PP-HS80-Nylon）多層薄膜，并在使用后通過氫解脫聚反應(yīng)（40 bar H?, 120°C）實(shí)現(xiàn)了各組分的高效回收（圖5）。這一過程無需額外添加催化劑，凸顯了其在真實(shí)回收場景中的實(shí)用性。

圖5. 使用HS80膠粘劑實(shí)現(xiàn)多層膜解構(gòu)與回收的示范流程。

該項(xiàng)研究不僅提供了一類性能可調(diào)、化學(xué)可循環(huán)的新型熱熔膠粘劑，還系統(tǒng)揭示了軟段含量、酯基含量和結(jié)晶行為對粘接性能的影響機(jī)制，為未來設(shè)計(jì)可持續(xù)多層材料提供了重要理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。這類材料有望在包裝、汽車、建筑等眾多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)不可循環(huán)膠粘劑，推動(dòng)塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

來源：高分子科學(xué)前沿

聲明：僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，作者水平有限，如有不科學(xué)之處，請?jiān)谙路搅粞灾刚?/p>