基于改性木薯淀粉的无表面活性剂乳液共聚接枝β-法尼烯/n-丙烯酸丁酯构建可持续粘合剂的性能调控研究

本研究针对传统石油基粘合剂不可再生、环境污染等问题，创新性地采用生物基β-法尼烯(Far)与n-丙烯酸丁酯(BA)在改性阴离子木薯淀粉(ACS)上接枝共聚，通过无表面活性剂乳液聚合技术，成功制备出具有可调控玻璃化温度(Tg ,-34至+3.2°C)和优异胶体稳定性(粒径150-200 nm)的聚(Far-co-BA)-g-ACS材料，为可持续粘合剂开发提供新策略。

　　

随着环保意识增强，开发可替代石油基单体的生物基聚合物成为材料科学热点。传统粘合剂依赖不可再生的1,3-丁二烯等单体，且生产需高压反应器，而生物基β-法尼烯(Far)作为巴西甘蔗发酵产物虽具潜力，却面临水溶性差、转化率低(文献报道仅20-80%)等技术瓶颈。与此同时，木薯淀粉(含60-80%支链淀粉)因其可再生、可降解特性成为理想载体，但直接应用存在胶体稳定性差等问题。

为解决上述问题，圣保罗联邦大学的研究团队创新性地将Far与n-丙烯酸丁酯(BA)接枝到原位改性的阴离子木薯淀粉(ACS)上，通过α-淀粉酶/氧化还原体系双重处理，在无表面活性剂条件下实现单体转化率90-99%，所得聚(Far-co-BA)-g-ACS材料兼具可调T_g
(-34至+3.2°C)和纳米级粒径(150-200 nm)，相关成果发表于《Carbohydrate Polymers》。

关键技术包括：(1)采用α-淀粉酶与过氧化氢/2-羟基-2-亚磺酸基乙酸钠盐氧化还原体系对ACS进行原位裂解；(2)半连续乳液聚合工艺控制Far/BA比例(100:0至0:100 wt%)；(3)通过动态光散射(DLS)、差示扫描量热法(DSC)等表征胶体稳定性与热力学性能。

【Latex characterization】
研究发现，当Far含量≤50 wt%时体系保持高转化率(90-99%)，ACS的7 wt%添加量即可稳定纳米乳液。FTIR与¹³
C NMR证实成功接枝，且随Far含量增加，凝胶率上升但断裂伸长率下降。

【Conclusions】
该工作首次实现Far与BA在淀粉骨架上的高效接枝，突破传统生物基单体转化率低的限制。T_g
的宽域调控使其适用于多种粘合场景，而原位改性ACS的策略为工业化生产提供新思路。Rodrigues等通过分子设计证明，调整Far/BA比例可精准控制材料机械性能，为开发全生物基高性能粘合剂奠定基础。

研究意义在于：(1)建立淀粉-Far-BA三元协同体系，解决生物基单体分散性差的问题；(2)省略传统表面活性剂，提升产品环境友好性；(3)所开发材料在剥离强度(peel strength)与剪切强度(shear strength)测试中表现优异，满足工业粘合剂标准。该成果为生物基聚合物在包装、医疗压敏胶等领域的应用开辟新途径。