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100℃低温加工!生物基可降解热熔胶,铝基材粘接强度突破

发布人:博诺通技术 发布时间:2026.04.24

 纳闽巴霍 

 Labuan Bajo 


 现 状

热熔胶(HMAs)作为无溶剂型热塑性粘接材料,凭借环保、高效、适配性广的优势,已成为包装、电子、轻工等领域的核心粘接材料,其中聚酯型热熔胶更是因性能可调、粘接范围广占据重要市场地位。

但当前行业发展面临多重难以破解的瓶颈:

  • 其一,传统聚酯热熔胶的芳香结构单元高度依赖石油基对苯二甲酸酯单体,不可再生且碳排放高,与双碳背景下行业的绿色转型需求严重相悖;

  • 其二,现有生物基热熔胶的研发仍处于起步阶段,木质素基芳香单体在热熔胶领域的应用探索极少,仅有的香兰素基产品难以兼顾粘接性能与加工特性,无法满足工业场景的多元需求;

  • 其三,行业长期面临 “性能 - 加工 - 可持续性” 的三角矛盾,高粘接强度的产品往往需要更高的加工温度,而可降解、低温加工的产品又普遍存在粘接性能不足、耐候性差的问题,无法实现多重性能的协同平衡。

与此同时,全球包装、电子电气等行业对生物基、可回收、低能耗的环保型粘接材料需求日益迫切,开发兼具低温加工性、高粘接强度与闭环回收能力的生物基热熔胶,已成为胶粘剂行业亟待突破的关键课题。


该技术的优越性

1、以木质素副产物衍生的丁香酸为核心芳香单体,大幅提升产品生物基含量,摆脱对石油基原料的依赖。

2、可在 100℃低温下完成加工应用,大幅降低生产能耗,适配现有通用热熔胶成型工艺。

3、对纸张、多种金属基材均具备优异的界面粘接能力,粘接性能超越市售主流热熔胶产品。

4、使用后可通过溶剂快速实现脱粘与基材表面清洁,适配工业生产中的返工与拆解场景。

5、可通过酶促解聚实现材料的降解与回收,通过分子结构调控平衡粘接性能与降解特性。

具备优异的重复使用性能,多次粘接 - 脱粘循环后仍能保持稳定的粘接强度。


技术路线

????原料来源

  • 丁香酸(≥95%)、碳酸乙烯酯(98%)、己二酸二甲酯(DMA,>99%)、1,4 - 丁二醇(BDO,99%)、浓硫酸、二丁基氧化锡(DBTO,>98%)、碳酸钾(K₂CO₃,>99%)、二甲基亚砜(DMSO,≥99.5%)、二氯甲烷(DCM,99.8%)、碳酸氢钠(NaHCO₃,99.5%)、氢氧化钠(NaOH,颗粒状,97%),均采购自 Sigma-Aldrich 公司;

  • 甲醇(>99.8%),采购自 VWR Chemicals 公司;

  • 硫酸钠(Na₂SO₄,99%),采购自 Honeywell 公司;

  • 商品化 Ecoflex 聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT),采购自 BASF 公司;

  • 通用型乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物(EVA,醋酸乙烯酯含量 13%),采购自 C.K. Tools 公司。


????配方比例

本研究构建了聚 (己二酸 1,4 - 丁二醇酯 - co-4-(2 - 羟乙氧基) 丁香酸酯) PBA (ES) 共聚体系,通过调控丁香酸基芳香单体 MES 与脂肪族单体的投料摩尔比,制备了 PBA (ES) 25、PBA (ES) 50、PBA (ES) 60、PBA (ES) 75 等一系列共聚物;其中,当 MES 投料摩尔占比达到 75% 时,所得 PBA (ES) 75 配方在综合粘接性能上表现最优。


????基本工艺

芳香单体 MES 合成:先以丁香酸与甲醇为原料,浓硫酸为催化剂,通过回流反应制备丁香酸甲酯;再将丁香酸甲酯与碳酸乙烯酯溶于 DMSO,以碳酸钾为催化剂,氮气保护下 100℃反应 6 小时,经提纯后得到目标单体甲基 4-(2 - 羟乙氧基) 丁香酸酯(MES)。

共聚物熔融缩聚:将 MES 单体、1,4 - 丁二醇、己二酸二甲酯按设定比例加入反应容器,以二丁基氧化锡为催化剂,氮气置换后,130-150℃搅拌反应 4 小时完成酯交换,持续脱除副产物甲醇;随后逐步升温至 150-200℃,在高真空条件下进行 6 小时缩聚反应,制备得到 PBA (ES) 系列共聚物。

热熔胶试样制备:将合成的 PBA (ES) 共聚物通过热压工艺制成 0.10-0.15mm 厚的薄膜,裁切为固定尺寸的试样,用于后续性能测试与粘接验证。


性能验证

1.热学与流变性能

根据图 3 的 DSC 与流变测试结果,PBA (ES) 系列共聚物为完全无定形结构,玻璃化转变温度随丁香酸单元含量提升从 - 34℃线性升高至 74℃,在 100℃加工温度下展现出显著的剪切变稀行为,适配喷涂、挤出、涂布等多种工业化加工工艺。


2.基础热稳定性能

根据图 2 的 TGA 测试结果,PBA (ES) 系列共聚物的热分解起始温度(T_d,5%)均高于 296℃,最大分解速率温度超 344℃,且热稳定性随丁香酸单元含量提升逐步增强,加工窗口宽,无热降解风险。


3.核心粘接性能

根据图 4 的单搭接剪切测试结果,PBA (ES) 60 与 PBA (ES) 75 在多基材上展现出优异的粘接表现,其中 PBA (ES) 75 在铝基材上的搭接剪切强度最高可达 5.42MPa,显著优于市售对标产品 PBAT(4.22MPa)与 EVA(3.26MPa);同时在铜、铁基材上分别实现 3.14MPa、2.67MPa 的粘接强度,对包装纸基材的粘接可直接引发基材本体破坏,无界面脱粘现象。


4.循环使用性能

根据图 4 的循环粘接测试结果,PBA (ES) 75 在 3 次粘接 - 脱粘循环后,搭接剪切强度保留率超 90%,与市售主流 PBAT 热熔胶循环性能相当,具备优异的重复使用性。


5.酶解降解性能

根据图 5 的酶解测试结果,通过调控丁香酸单元含量可精准调节材料的酶解效率,其中 PBA (ES) 50 与 PBA (ES) 60 在 70℃、HiCut 酶作用下 6 天内实现持续解聚;

图 6 的分子对接模拟结果进一步验证了共聚序列结构对酶解效率的调控机制,为材料性能与降解性的平衡设计提供了理论支撑。


结 语

该研究成果以 “Syringic-Based Copolyesters for Oxygen-Rich Low-Temperature Hot-Melt Adhesives: Synthesis, Adhesion Properties, and Enzymatic Depolymerization” 为题,发表于国际顶刊《ACS Applied Polymer Materials》。

期刊原文有更为详细的配方及制备工艺,可关注公众号回复“低温热熔胶”获得原文完整文件。

研究通过分子结构设计,成功合成了基于木质素来源丁香酸的生物基共聚酯热熔胶,在 100℃低温加工条件下,实现了高粘接强度、低温可加工性、可移除性与酶促解聚回收能力的多重协同,彻底破解了传统热熔胶石油基依赖、性能与可持续性难以兼顾的行业痛点,为包装、电子、轻工等领域提供了全新的绿色粘接解决方案。

专注未知物检测

对于这类新型生物基共聚酯热熔胶体系,其单体合成工艺优化、共聚序列结构调控、加工流变行为匹配及多场景应用适配,仍需大量的实验数据与专业表征分析支撑。此时,借助博诺通技术这类深耕高分子材料领域的老牌第三方技术服务机构,凭借其完备的材料表征设备、丰富的胶粘剂配方优化经验与产业化落地能力,可帮助企业快速锁定最优工艺配方,大幅缩短研发周期,降低试错成本,加速生物基热熔胶创新成果从实验室走向工业化落地。


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