胶粘剂广泛应用于家具、汽车、船舶、航空航天及生物医学等领域。其中，环氧树脂胶粘剂凭借优异的耐化学性、热稳定性、力学性能以及卓越的粘接强度，在严苛工况下发挥着不可替代的作用。然而，传统环氧树脂主要依赖不可再生的双酚A（BPA）为原料，并固化形成永久交联网络，不仅消耗日益紧缺的化石资源，还导致大量难以降解的废弃物，带来严峻的可持续发展挑战。在此背景下，开发可再生、可回收、高性能的生物基环氧胶粘剂成为材料科学领域的重要方向。尽管近年来生物基体系取得显著进展，其合成通常依赖复杂的化学改性过程，不仅提高生产成本，也限制了实际应用的可行性。因此，如何实现从天然原料直接构建高性能胶粘剂，成为实现可持续胶粘技术广泛应用的关键。
近日，江南大学化学与材料工程学院马松琪教授团队提出一种基于葡萄糖与环氧化大豆油（ESO）的新型生物基环氧胶粘剂体系，相关成果发表于国际高分子领域权威期刊《Macromolecules》。该策略无需催化剂和溶剂，通过动态β-羟基酯键实现高效交联，成功解决了传统生物基环氧材料合成复杂、储存稳定性差等关键问题，为高性能可持续胶粘剂的设计提供了可扩展、低成本的新路径（图1）。研究团队巧妙利用4-甲基六氢苯酐（MHHPA）对葡萄糖进行开环修饰，引入亲核性羧基官能团，显著提升其反应活性。这一设计一举三得：其一，—COOH基团可与ESO发生高效交联反应；其二，MHHPA的刚性脂环结构有效增强最终材料的机械强度；其三，其空间位阻效应调控反应动力学，使单组分体系在25?°C下保持粘性流动状态超过34天，展现出优异的储存稳定性。同时，该体系可在140–170?°C实现快速固化，兼顾加工便利性与使用性能。
图1 葡萄糖-大豆油环氧胶粘剂的合成示意图、性能、回收再利用示意图
选取代表性配方G1M4E2.5、G1M5E2.5和 G1M5E5进行系统研究，结果显示，该液体环氧树脂体系在50?°C下储存1小时后粘度增幅不超过1.4倍，表明其具备出色的储存稳定性与长的可操作时间。室温储存过程中，粘度随时间呈线性增长，赋予材料性能可调的优势，适用于多种应用场景。力学性能测试进一步证实，通过调节组分配比，可精准调控材料的玻璃化转变温度、模量及韧性，满足多样化工程需求（图2）。
图2 葡萄糖和大豆油环氧体系的储存、固化行为和热/力学性能
在粘接性能方面，该胶粘剂展现出优异的普适性与环境适应性。低粘度状态下流动性良好，可实现大气及水下注射；随粘度升高，仍能在水下有效粘接，水下搭接剪切强度最高达2.2?MPa。完全固化后，胶层具有高度光学透明性，对玻璃、金属、木材等多种基材均表现出卓越粘附力，其中对玻璃的粘接强度超过30.8?MPa，优于市售商业产品（图3）。
图3 葡萄糖和大豆油环氧体系的粘接性能
机理研究表明，该体系的强粘附源于双重作用机制：一方面，固化过程中逐步形成高度交联的网络结构，提升内聚强度；另一方面，分子中丰富的极性基团（如羟基、羧基、酯基）可与极性基材表面形成氢键及分子间相互作用，增强界面结合。接触角测试显示，液态胶粘剂在各类基材上的润湿角均明显低于水，表明其具备优异的铺展能力，为实现牢固粘接奠定基础。扫描电镜分析更加准确的表征了胶粘剂与不同基材断裂面的微观破坏状况，同时验证了不同组分比例对基材均有很好的浸入性。（图4）。
图4 葡萄糖和大豆油环氧体系的粘附机理
更为重要的是，该胶粘剂具备出色的可回收性。其交联网络中含有大量动态酯键，可在碱性条件下水解，或在小分子醇参与下发生酯交换反应，实现网络重构。经1,3-丙二醇醇解回收的产物可调控转化为热熔胶或压敏胶，实现回收再用（图5）。
图5 葡萄糖和大豆油环氧体系的降解和回收/再利用
该研究将葡萄糖和大豆油增值为可持续的环氧胶粘剂，为生物基胶粘剂的发展提供了一种可扩展的策略，有利于资源、环境和经济的可持续发展。该工作以“Dynamic Ester-Enabled Recyclable Epoxy Adhesives from Glucose and Soybean Oil: Storage-Stable, High-Adhesion, and On-Demand Degradable”为题发表在《Macromolecules》。文章第一作者为江南大学化学与材料工程学院博士生杨帅其，通讯作者为马松琪教授。该研究得到国家自然科学基金委、无锡市太湖人才计划、中央高校基础研究基金和江南大学科研启动基金的支持。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c01919
