研究人员开发出一种化学可循环聚烯烃类多嵌段共聚物胶粘剂，远超传统胶粘剂

在全球塑料污染问题日益严峻的背景下，传统热熔胶粘剂（如EVA和聚氨酯）因缺乏化学可回收性、难以解粘以及易造成回收流程污染等问题，已成为多层制品（如包装和建筑材料）循环利用的主要障碍。这些材料在使用寿命结束后大多被填埋，不仅浪费资源，还对环境造成持久负担。因此，开发兼具高性能与化学可循环性的新型胶粘剂迫在眉睫。

近日，科罗拉多州立大学Garret M. Miyake教授团队研究成功开发出一类化学可循环的聚烯烃类多嵌段共聚物热熔胶粘剂。该材料通过调控结晶性硬段（HB）与非晶性软段（SB）的比例以及酯基含量，实现了粘接性能的可调性，其最高粘接强度可达6.80 MPa，远超传统EVA胶粘剂。该胶粘剂不仅具有良好的热稳定性和可再加工性，还能在多层层压材料中实现解粘、回收和化学循环，为可持续胶粘剂的设计提供了全新平台。相关论文以“ Chemically Recyclable and Tunable Polyolefin-Like Multiblock Copolymer Adhesives ”为题，发表在Angew上，论文第一作者为Zhao Yucheng。

研究中，团队通过钌催化的无受体脱氢聚合反应合成了一系列硬软段比例不同的多嵌段共聚物（HS0–HS100）。这些材料具有远低于EVA的酯基含量（约1%），却表现出更高的熔融温度（108–123°C）和热分解温度（~383°C），显示出更宽的工作温度范围。动态力学分析表明，随着软段含量的增加，材料的储能模量变化范围变窄，表现出类似物理交联网络的行为，适用于从永久性胶粘剂到压敏胶（PSA）的多种应用。

图1. 典型商业胶粘剂及其粘接机制示意图。

图2. EVA与多嵌段聚合物HS100–HS0的物理、热学和机械性能。

图3进一步展示了该类材料作为热熔胶的实际性能。HS100（无软段）在铝基材上的粘接强度已达4.70 MPa，与EVA相当；而引入20%软段后的HS80更是高达6.80 MPa。随着软段比例继续增加，粘接强度可调至0.04 MPa（HS0），显示出极大的设计灵活性。HS80在铝、钢和木材等多种基材上均表现出优异粘接性，且在五次重复使用后仍保持约6 MPa的剪切强度。尤其值得注意的是，其在液氮（-196°C）处理后的性能损失远小于EVA，显示出卓越的低温适应性。

粘接时间实验表明，HS80在5分钟内即可实现1.6 MPa的初粘强度，远高于HS100，且其结晶度保持稳定（38–40%），说明软段的引入显著提高了链段流动性和界面接触效率。零剪切粘度与粘接强度的相关性分析进一步证实，适当的熔体粘度有助于提升表面润湿性和力传递效率。

图3. 化学可循环多嵌段共聚物作为热熔胶的性能表现。

图4研究了嵌段长度和酯含量对材料性能的影响。随着硬段和软段分子量的增加，材料的熔点和杨氏模量显著提高，而粘接强度与酯含量呈正相关（1.30–6.80 MPa）。尽管酯含量远低于EVA，多嵌段拓扑结构仍实现了与之相当的粘接强度，同时保持了更优的聚烯烃类热性能。

图4. 酯含量和嵌段长度对多嵌段聚烯烃类聚合物机械与粘接性能的影响。

在实际应用方面，研究团队成功将HS80作为中间粘接层制备了聚丙烯/尼龙（PP-HS80-Nylon）多层薄膜，并在使用后通过氢解脱聚反应（40 bar H₂, 120°C）实现了各组分的高效回收（图5）。这一过程无需额外添加催化剂，凸显了其在真实回收场景中的实用性。

图5. 使用HS80胶粘剂实现多层膜解构与回收的示范流程。

该项研究不仅提供了一类性能可调、化学可循环的新型热熔胶粘剂，还系统揭示了软段含量、酯基含量和结晶行为对粘接性能的影响机制，为未来设计可持续多层材料提供了重要理论与实验基础。这类材料有望在包装、汽车、建筑等众多领域替代传统不可循环胶粘剂，推动塑料循环经济的发展。