近日，科罗拉多州立大学的研究人员和他们的合作伙伴已经开发出一种粘合剂聚合物，它比目前市售的聚合物更坚固，同时还可以生物降解和重复使用。发表在《Science》杂志上的这一发现表明，常见的天然聚合物P3HB可以通过化学方法重新设计，成为一种强大而可持续的粘结剂。

 

粘合剂通常用于汽车、包装、电子、太阳能电池和建筑等许多领域。它们共同构成了一个价值约500亿美元的产业，支撑着我们的大部分现代生活，但也导致了日益严重的塑料垃圾问题。这篇论文描述了该团队利用实验、仿真和过程建模来开发替代聚合物的工作。

 

大学特聘教授 Eugene Chen。资料来源：科罗拉多州立大学化学系

 

该项目由科罗拉多州立大学化学系特聘教授 Eugene Chen 领导。论文的其他合作者包括美国国家可再生能源实验室的 Gregg Beckham 和加州大学伯克利分校的 Ting Xu 教授及其研究小组的研究人员。

 

Chen说，聚（3-羟基丁酸）或 P3HB 是一种天然、生物基和可生物降解的聚合物，可在适当的生物条件下由微生物生产。虽然这种聚合物以这种方式制成时并不具有粘附性，但他的实验室能够通过化学方法重新设计其结构，使其在铝材、玻璃和木材等各种基材或表面上使用时，具有比普通石油衍生、不可生物降解的选择更强的粘附性。经过重新设计的 P3HB 的粘附强度还可以进行调整，以适应不同的应用需求。

 

Chen的研究小组的更大目标是提高和扩大我们应对全球塑料污染危机的能力，而这些研究成果正是该目标的一部分。他的团队参与了许多开发化学可回收、可生物降解以及总体上更可持续的塑料材料替代品的工作。他说，虽然许多人从本质上认识到一次性水瓶所带来的生命周期问题，但粘合剂带来的问题更令人生畏，潜在的解决方案却更少。

 

他说：“以石油为基础的热固性粘合剂，如Gorilla Glue和J-B Weld，以及热塑性热熔胶，很难甚至不可能回收或回收，主要是因为它们与其他材料的牢固结合。相反，我们的方法提供了一种可生物降解的材料，可用于各种行业，与这些选择相比，强度可调甚至更高。”

 

Ethan Quinn是科罗拉多州立大学的博士生，与博士后研究员Zhen Zhang共同撰写了这篇论文。“我们开发了一种P3HB胶棒样品，并能够将其与市售胶枪一起使用，以测试其在钢板上密封纸箱和其他性能的应用。”

 

 

“我知道数据支持它比其他选择更强，但我感到震惊的是，我们能够证明它远远优于典型的热熔胶选择——与现有的15磅粘合剂相比，它可以保持20磅的重量。”

 

可生物降解的 sr-P3HB 粘合剂粘在两块钢板之间，即使承受 20 磅的重量也不会失效或断裂。

 

Chen说，P3HB在各种情况下都是可生物降解的，包括有管理和无管理的环境。这意味着它可以在垃圾填埋场中自然生物降解，就像在咸水或土壤中一样。这扩大了在材料生命周期结束时处理材料的可能选择范围。P3HB胶粘剂还可以回收、再加工和再利用。

 

科罗拉多州立大学的研究小组现在将开始研究如何将这种聚合物广泛应用于商业。

 

Chen说：“我们正在研究两种不同的方法，旨在大规模生产，包括降低总成本和环境影响的方法。”NREL团队进行的分析已经确定了我们可以改进的关键领域，我们将继续与BOTTLE联盟合作，努力扩大规模。”

 

科罗拉多州立大学和NREL所做的工作得到了能源部BOTTLE联盟的支持。