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石油基粘合剂带来环境问题，生物基粘合剂却存在粘附力弱、耐湿性差的情况。研究人员以聚（丙烯酸）接枝纤维素纳米晶（CNC-PAA）和聚乙烯醇（PVA）为原料开发生物基粘合剂。该粘合剂粘附力超 7.52MPa，耐湿且可循环，为可持续粘合剂应用提供新思路。
在材料领域，粘合剂的使用无处不在。传统的商业粘合剂，如聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂等，大多源于石化行业。它们在干燥环境下性能出色，可一旦涉及合成和应用环节，就会释放有毒的挥发性有机化合物（VOCs），而且难以降解，给环境和生态带来巨大挑战。与此同时，生物基材料凭借可再生、可生物降解和生物相容性等优点，成为了开发绿色粘合剂的热门选择。不过，多数生物基粘合剂存在粘附强度弱、耐湿性差的问题，这使得它们在实际应用，尤其是极端环境下的应用受到极大限制。
为了解决这些难题，来自国内的研究人员开展了一项关于生物基粘合剂的研究。他们将目光聚焦于聚（丙烯酸）接枝纤维素纳米晶（CNC-PAA）和聚乙烯醇（PVA），致力于开发出一种性能卓越的生物基粘合剂。最终，他们成功制备出 PVA/CNC-PAA 粘合剂，该粘合剂具备超高的粘附强度、出色的耐湿性，还能通过 pH 调控实现按需解粘和循环利用，并且具有生物可降解性。这一研究成果发表在《Carbohydrate Polymers》上，为可持续粘合剂在包装、标签、低温等多个领域的应用开辟了新道路。
在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。通过原位接枝聚合技术，将丙烯酸（AA）接枝到纤维素纳米晶（CNC）上制备 CNC-PAA，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析来验证接枝是否成功。通过测定粘合剂对不同底物的粘附强度，研究其粘附性能；在不同湿度和温度条件下测试，探究粘合剂的耐湿性和低温性能。
下面来详细看看研究结果：
- 设计策略（Design strategy for PVA/CNC-PAA adhesive system）：通过原位接枝聚合丙烯酸（AA）到 CNC 上制备 PVA/CNC-PAA 粘合剂，增强了其分散性和吸水性。FTIR 分析显示，在 1726cm-1处 C=O 伸缩振动峰强度显著增强，证明 PAA 成功接枝到 CNC 表面。
- 粘附性能：PVA/CNC-PAA 粘合剂对多种底物具有优异的粘附性，对陶瓷的粘附强度超过 7.52MPa。其丰富的活性基团和增强的内聚力，使得粘合剂与底物之间的界面作用更强。
- 耐湿性：CNC-PAA 的刚性网络结构和亲水性显著提高了粘合剂的稳定性和耐湿性。即使在 100% 相对湿度下，该粘合剂仍能保留其最大粘附强度的 75%。这得益于 CNC-PAA 接枝的富含羧基的 PAA 增强了粘合剂的吸湿性，使其能吸收表面水分形成结构化水，消除水化层，从而改善界面粘附。
- 低温性能：由于 PVA/CNC-PAA 粘合剂中高密度的氢键和结构化水，使其在 - 196°C 的极低温环境下仍能保持优异的粘附性能。
- 可调控性与循环利用：通过调节 pH 来调控氢键，该粘合剂展现出按需粘附 - 分散的特性和可循环利用性。在不同 pH 条件下，氢键的形成与断裂可以控制粘合剂的状态，实现重复使用。
- 生物降解性：PVA/CNC-PAA 粘合剂的生物质框架赋予其生物降解性，符合环保理念，在使用后不会对环境造成长久负担。
综合来看，研究人员成功开发出 PVA/CNC-PAA 这种性能优异的生物基粘合剂。它解决了传统生物基粘合剂粘附强度低、耐湿性差的问题，还具备可调控和循环利用的特性。这项研究不仅为生物基粘合剂的发展提供了新的方向，也为可持续材料在各个领域的应用带来了新的可能。它使得在包装、建筑等行业可以使用更环保、性能更优的粘合剂，推动了相关行业向绿色可持续方向发展。
