废弃塑料瓶“变身”强力胶，挑战水下和结构粘接极限丨美国橡树岭国家实验室，最新Science Advances

自然界中早已有“粘合大师”——贻贝。这种海洋生物靠一种由多巴胺和赖氨酸组成的蛋白质，能牢牢粘附在潮湿岩石或船底。研究团队正是从中汲取灵感，构建了一种“亲水+疏水”并存的胶粘体系。他们设计了一种特殊的PET衍生大分子，其分子结构一边亲水、一边疏水，就像贻贝粘液中“又爱水又怕水”的功能基团。然后再引入一个“三环结构”的交联剂，使其粘合性能在干湿环境下都表现出色。

这种“面向性两性结构”可以确保水下使用时，疏水部分阻挡水分入侵，而亲水端则实现与被粘物的牢固结合——兼顾“防水性”和“粘性”。

图1  多功能、坚韧、可逆和可持续粘合剂的设计原理。贻贝粘合蛋白由两亲性的儿茶酚胺和赖氨酸组成，与不同的表面形成强大的动态相互作用。这些氨基酸的两亲性对其适应性至关重要，可以在潮湿和干燥的环境中粘合。受这种天然系统的启发，我们开发了一种坚韧、可逆、高度适应性、一种由PET消费品废料制成的可持续粘合剂，适用于水下、结构和压敏应用。

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黏得住的关键：动态键+合理交联密度

传统胶粘剂之所以一次性，是因为其结构稳定但死板，一旦固化很难“反悔”。而TCD-V使用的是“动态共价键”，也就是能在加热等刺激下断裂并重新结合的分子链接——这就是它能“复原”的秘密。

• 高交联密度 → 适合水下或结构粘接：强度高、抗渗水；
• 低交联密度 → 更适合做“贴纸”类压敏胶：可重复贴撕、不留痕。

值得一提的是，即使在极端环境下——如高湿度、强酸碱、深海盐水、-100°C低温甚至液氮中——TCD-V依然牢牢“粘”在原位。

图3  TCD-V的水下粘合性能。（A）将粘合剂施加到基底上，并在水下将它们连接在一起。使组装好的接头在粘合后立即自支撑，在室温下水下固化16小时。（B）力-延伸曲线显示10：7 TCD-V在室温水中固化16小时后的水下粘合性能。（C）10：7 TCD-V的搭接剪切强度。（D）在室温下水下固化后，TCD-100 V的不同胺：AcAc的搭接剪切强度。10：7配方显示出最高的粘合性，搭接剪切强度为6.51MPa。（E）各种胺的剥离功值：（F）TCD-100 V粘合剂的水下粘合的搭接剪切强度。粘合强度与表面的亲水性直接相关，其中亲水性较差的基材显示出较大的搭接剪切强度。7例TCD-用JAT 403替代PET-JAT 403的患者和对照组（TCD-JAT 403）和TCDAcAc被EGAcAc（EG-JAT 403）代替。（H）比较来自文献的水下粘合剂的最近实例与我们的粘合剂的曲线图。

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实战验证：水下、钢铁、玻璃、木材一粘一个准

• 在水下粘铝片，剪切强度达到6.51 MPa，远超大多数商用或科研胶；
• 在钢板上表现也不俗，剪切强度高达14.9 MPa；
• 在玻璃和木材上直接出现“材料本身破裂”，胶层完好无损；

• 甚至能将碳纤维或玻璃纤维复合材料牢牢贴在金属上，适合航空汽车等行业需求。

TCD-V的另一大亮点，是它还能变身“热熔胶”。在加热后形成可控流动性胶层，冷却后即成高强度固化胶。也就是说，无论是液态施工还是固态加热，都可以灵活应用。

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可修复、可脱除、可回收，一支胶走遍天下？

很多工业胶用起来方便，但一旦粘上就“拆不下来”，更谈不上重复使用。而TCD-V能在80°C低温下轻松脱胶，120°C下热压后可重新粘合，而且性能几乎无损，循环使用10次依然保持高强度。

更厉害的是，它的化学结构也可在温和条件下完全“解构”回原料状态——真正实现了“可回收”的目标，而不是像传统热固胶只能烧毁处理。

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来自废塑料瓶，碳足迹远低于传统胶

• 其整个合成过程的碳排放不到3公斤CO₂/公斤；

• 显著低于传统环氧树脂或聚氨酯胶粘剂。

这意味着，如果这种胶得以推广使用，将不仅减少胶粘剂造成的环境负担，也能有效解决PET塑料瓶难回收、价值低的问题。

行业前景：新材料、新模式、新商机。TCD-V展现了粘接材料的一种全新发展方向：从“不可逆的一次性消费品”转变为“可修复、可重用、可降解的功能材料”。这种材料可广泛应用于：

• 船舶、海洋电缆等水下作业；
• 建筑、汽车、航空等高强结构粘接；
• 日常标签、胶带、3M类压敏胶市场；

• 甚至可用于智能包装、电子设备、再制造领域。

更重要的是，它为“塑料回收产业”提供了一个全新价值出口：不再仅仅回收成纤维或劣质塑料，而是转化为高附加值、可持续应用的新型功能材料。