烷基侧链长度对高生物质含量蓖麻油基压敏胶粘附性能的调控机制研究

本研究通过调控蓖麻油(CO)功能度并在聚异氰酸酯上接枝不同长度烷基侧链，成功制备了生物质含量≥60 wt%的聚氨酯(PSAs)。研究发现长烷基链可降低凝胶含量、形成松散交联结构，赋予材料优异分子链运动性但牺牲内聚强度。所得PSAs的剪切耐受时间(1.08-168h)、初粘力(1.83-9.01N)和剥离强度(0.60-3.32N/cm)表明其可替代石油基PSAs。特别发现十二烷基链接枝PSA因室温表面结晶呈现可切换粘附特性，为半导体和生物医学领域提供新应用可能。

　　

随着化石资源危机和环境问题加剧，开发可再生资源制备高分子材料成为研究热点。蓖麻油(CO)作为唯一含天然羟基的商用植物油，其2.7个羟基/分子的特性使其成为聚氨酯(PU)合成的理想原料。在压敏胶(PSAs)领域，传统石油基产品面临可持续性挑战，而CO基PSAs又受限于高交联密度导致的分子链运动性不足。如何平衡生物质含量与粘附性能，成为发展绿色PSAs的关键科学问题。

宁波某研究团队在《Surfaces and Interfaces》发表研究，通过双重策略——化学还原CO羟基功能度和在聚异氰酸酯PM200上接枝不同长度烷基侧链(C4/C8/C12)，成功制备生物质含量≥60%的系列PU-PSAs。采用核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)和偏光显微镜等技术，系统揭示了烷基链长度对材料结构-性能的调控机制。

材料与方法
研究选用2,4-甲苯二异氰酸酯(2,4-TDI)与CO反应，通过1-丁醇、1-辛醇和1-十二醇分别接枝制备C4/C8/C12改性PM200。采用二丁基二月桂酸锡(DBTDL)催化，四氢呋喃(THF)为溶剂构建PU网络。通过剪切测试、初粘力测试和180°剥离强度测试评价粘附性能，结合表面自由能计算和结晶行为分析阐释性能差异机制。

结构表征
FTIR光谱显示所有改性PM200在3000-2840 cm^-1出现烷基C-H特征峰，3318 cm^-1处-NH峰证实氨基甲酸酯形成。核磁数据证实接枝率>90%。DSC检测发现C12-PSA在室温出现熔融峰(21.5°C)，偏光显微镜观察到球晶结构，解释其独特的表面结晶行为。

粘附性能
随着烷基链增长，PSAs呈现规律性变化：C4-PSA因高交联密度表现最优剪切性能(168h)，但初粘力最低(1.83N)；C8-PSA实现平衡性能(剥离强度2.11N/cm)。反常的是C12-PSA因表面甲基排列形成低能表面(表面自由能23.4 mN/m)，呈现可逆粘附特性——低温粘附/室温脱粘，这种特性在半导体晶圆临时固定等领域具有独特优势。

讨论与结论
该研究创新性地通过"主链降交联-侧链增柔性"协同策略，突破高生物质含量PSAs性能瓶颈。长烷基链的"分子触手"效应增强界面接触，而结晶诱导的可切换粘附为智能胶粘剂设计提供新思路。所开发材料覆盖从建筑保护膜(需高内聚)到医用敷料(需温和粘附)等多种应用场景，推动生物基PSAs向功能化、精细化方向发展。研究不仅为绿色胶粘剂设计提供理论指导，其表面结晶调控策略对开发刺激响应型高分子材料具有普适性启示。