受贻贝启发，美国实验室研发出可重复使用多功能胶水

IT之家 3 月 22 日消息，美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员利用废弃聚合物，发明出一种可重复使用的胶粘剂。该胶粘剂强度优于市售胶水，在水下和干燥环境均可使用，能够粘接木材、玻璃、金属、纸张及聚合物等多种材料。

这项创新发明受贻贝顽固附着在物体表面的特性启发，含有可逆化学交联剂。与使用一次便永久固化的传统胶水不同，固化后的新型胶粘剂可软化、脱粘并重复使用。

目前各类项目通常需要针对不同材料使用专用胶水：小学生手工用白胶，书籍装订用聚乙酸乙烯酯，制鞋用聚氨酯，窗户密封与电子元件固定用有机硅，飞机与汽车部件拼接则用工业环氧树脂。

一款能适配多种场景的通用胶粘剂，可简化制造与维修流程，同时减少废弃物。这一技术突破，或将对全球胶粘剂和密封剂市场产生重大经济影响。该市场规模目前约 870 亿美元，预计到 2032 年将接近 1190 亿美元（IT之家注：现汇率约合 8210.04 亿元人民币）。

“大多数胶粘剂都是为单一用途设计的。”橡树岭国家实验室研发人员阿尼苏尔 · 拉赫曼表示。他与该实验室前博士后研究员、现任职于田纳西大学–橡树岭创新研究所的研究助理教授玛丽 · 丹尼尔森合作，将相关研究成果发表在《科学进展》上。

“我们的胶粘剂可用于多种场景，包括结构性粘接和压敏粘接，在潮湿和干燥环境下性能都很稳定。”他说，“目前市售胶粘剂都做不到这一点。”

研究团队以饮料瓶、纺织纤维和包装薄膜等常见废弃聚合物为原料，研发出一套更省材料、节能且低成本的制备工艺。“我们把原本要送去填埋的垃圾，变成了高价值材料。”丹尼尔森说。

研究人员已为这款多功能胶水申请专利。

传统结构性胶粘剂依靠永久性交联实现粘接，难以去除。“传统胶水只能用一次，无法重复使用。”拉赫曼说。

“想要脱粘，基本只能强行把粘接件撕开。”丹尼尔森补充道，“被粘的两个部件都会受损。一旦涂胶出错且胶水已经固化，就无法挽回了。”

橡树岭国家实验室研发的胶粘剂中，交联剂如同魔术贴般实现可逆连接：加热可打断聚合物中的动态化学键，使胶粘剂脱粘且不损伤表面；冷却后，化学键重新形成。

“如果部件损坏或粘接出错，可以完全取下胶粘剂，再重新完好粘接回去。”丹尼尔森说。

研究团队对该胶粘剂进行了超过 10 次脱粘与重新粘接测试，性能未出现任何下降。

“市面上常规结构性胶粘剂的剪切强度（衡量粘接力的指标）通常在 7–10 兆帕区间。”拉赫曼介绍，“我们的胶粘剂强度远高于这一范围，同时还能重复使用。”

研究人员还可通过化学方式回收胶水：使用过量胺类分子，将胶粘剂分解为单体单元。“我们能回收胶粘剂中所有化学成分。”拉赫曼说。

聚合物是由单体（同类化学亚基）构成的长链或网状结构。研究人员在不使用溶剂和催化剂的条件下，向废弃聚合物中加入含氮化学基团 —— 胺，并加热至略低于聚合物熔点的温度。在这种温和条件下，胺将聚合物分解为每个均含四个胺基的单体。

随后，研究人员模仿贻贝足丝蛋白（同时含亲水与疏水组分，可在潮湿环境下实现强粘接）设计胶粘剂。

“我们使用的交联剂（固化剂）在同一分子内同时含有亲水和疏水基团。”拉赫曼解释，“将固化剂与单体混合，形成的胶粘剂树脂作用类似贻贝足丝蛋白。”

“任何由双组分交联形成的胶水，都需要一定时间完成反应。”丹尼尔森说，“在维修船舶、潜艇和管道时，我们的胶水可在水下徒手施压涂抹，直至固化。”

四臂单体与交联固化剂相互作用即可完成固化：单体上的胺基与固化剂中的乙酰乙酸基反应，生成兼具亲水与疏水特性的树脂基体。粘接或脱粘，取决于这两种特性的平衡。

“我们的胶水在多种环境下都能保持强粘接力，包括海水、极低温（零下 100 摄氏度）以及酸性、碱性环境。”拉赫曼说。

研究团队还探索将这一创新化学技术应用于交通领域。该胶水可在不同基材间保持强粘接力，这是汽车与航空航天领域的关键需求 —— 这类领域常面临复合材料与铝、钢等材料的粘接难题。

接下来，科学家计划调控交联结构，开发粘接力更弱的临时粘接体系，用于可移除标签、创可贴、药物递送贴等场景。

这款高性能、多功能的橡树岭实验室胶水，有望在日常到极端各类场景中发挥持久作用：从可轻松移除的美甲贴片、价格标签等日用品，到水下、太空等偏远或极端环境下的维修作业 —— 这些场景往往难以获取专用胶水。