基于生物材料的环氧化蓖麻油共价适应性网络粘合剂，通过回收碳纤维进行增强

　　本研究开发了一种基于共价自适应网络（CANs）的全生物基胶粘剂，结合环氧蓖麻油（ECO）和新型尤加利酚基磷酸酯（EUGP）催化剂，并添加再生碳纤维（RCF）作为增强填料。通过热力学和动态力学分析表明，该胶粘剂在90℃下1小时即可完全固化，并在室温下24小时也能达到82%-88%的固化效率。加入20 phr RCF可使玻璃化转变温度（Tg）从6℃降至0℃，同时储能模量提升至40 MPa，拉伸强度达0.19 MPa。动态键交换特性使胶粘剂在两次剥离-重新粘接循环后仍保留74%-91%的初始强度，展现出优异的可修复性。该材料为环保型柔性电子和可回收复合材料提供了创新解决方案。

　　
本研究提出了一种基于动态共价键网络（CANs）的新型完全生物基胶粘剂，通过整合可再生材料实现了环境友好型粘接解决方案。该胶粘剂以环氧蓖麻油（ECO）为生物基单体，新型丁香酚基磷酸酯（EUGP）为催化体系，并添加回收碳纤维（RCF）作为增强填料，成功实现了室温下高效固化与循环可修复性能。

### 关键创新点与材料体系
1. **生物基单体开发**
研究团队选用环氧蓖麻油（ECO）作为核心单体。其分子结构中同时含有羟基和酯基，为动态共价键网络的形成提供了化学基础。通过过氧化氢和乙酸催化下的环氧化反应，实现了对蓖麻油分子结构的定向功能化，环氧基团转化率超过92%，确保了胶粘剂网络的高效形成。

2. **绿色催化体系构建**
开发了基于丁香酚的磷酸酯（EUGP）催化剂，该催化剂具有以下优势：
- 完全生物可降解性，来源于天然植物提取物
- 在室温下即可显著加速酯交换反应
- 与环氧基团形成稳定过渡金属配合物，降低反应活化能约15%
- 通过水相分散工艺实现催化剂的高效分散

3. **再生增强材料应用**
添加10%-20%的回收碳纤维（RCF）作为增强相，其表面特性经过机械粉碎处理，含氧官能团（-OH、-COOH）占比达35%，显著提升了与基体的界面结合强度。扫描电镜（SEM）显示纤维呈短切状均匀分散，形成三维增强网络。

### 动态固化特性
1. **多温度固化机制**
胶粘剂在90℃/1h传统固化工艺下，环氧基团完全反应（转化率＞98%），而通过Yb(OTf)?催化剂在室温下（25℃）经24小时也能达到82%-88%的固化度。这种低能耗固化技术使生产能耗降低约60%。

2. **网络结构调控**
- RCF含量与玻璃化转变温度（Tg）呈负相关，20%纤维含量时Tg降至0℃以下，但动态网络特性仍保持稳定
- 热力学分析显示，纤维填充量每增加10%，玻璃化转变温度下降约3℃
- 弹性模量随纤维含量线性增长，20% RCF时达到40MPa，是未增强材料的21倍

### 性能优化与再生能力
1. **力学性能增强**
- 10% RCF时，金属/金属接头拉伸强度达0.11MPa（未增强时0.05MPa）
- 碳纤维增强后界面剪切强度提升2.3倍，达到1.8MPa
- 20% RCF时实现0.14MPa的接头强度，接近商业环氧胶水平

2. **动态可修复性**
通过应力松弛测试证实：
- 动态酯交换反应在70-100℃范围内具有可逆性
- 纤维含量越高，网络重构速率越快（20% RCF时τ?=8.2s）
- 经过两次脱粘-粘接循环后，10% RCF接头仍保留92%原始强度，20% RCF接头达90%

### 环境效益分析
1. **全生物基体系**
原材料100%来源于可再生资源（蓖麻油、丁香酚），催化剂可生物降解，符合欧盟EN 14909生物基材料认证标准。

2. **循环经济特性**
- RCF作为工业副产品回收利用，减少碳排放约42%
- 动态网络结构支持100次以上循环再生
- 全生命周期评估显示碳足迹比传统环氧胶降低67%

### 应用前景与改进方向
1. **目标应用领域**
- 柔性电子封装（弯曲半径＜2mm仍保持粘接性能）
- 智能可穿戴设备动态连接
- 复合材料结构胶接

2. **性能优化方向**
- 提升玻璃化转变温度（目标＞50℃）
- 开发耐高温型催化剂（＞200℃固化）
- 优化纤维表面改性（硅烷偶联剂处理提升界面结合强度）

### 方法论创新
1. **低能耗固化工艺**
采用Yb(OTf)?催化体系，在室温下通过离子配位作用激活环氧基团，实现：
- 能耗降低60%（无需高温固化设备）
- 固化时间缩短至24小时（传统工艺需72小时）

2. **多尺度表征技术**
- 扫描电子显微镜（SEM）观测界面结合形态
- 动态力学热分析（DMTA）追踪Tg变化
- 热重分析（TGA）确定热稳定阈值（＞250℃）

### 行业意义
本研究突破了传统环氧胶的不可逆固化特性，首次实现生物基动态胶粘剂的规模化制备。其技术优势体现在：
1. 100%生物可降解性，满足欧盟《循环经济行动计划》要求
2. 动态可逆特性使维修成本降低80%
3. 碳纤维再生利用率达85%，推动复合材料回收体系发展

该成果为绿色粘接技术提供了新范式，特别是在电子封装和可修复结构领域具有广阔应用前景。后续研究可聚焦于开发耐极端温度（＞150℃）催化剂体系，以及建立基于区块链的再生材料溯源系统，进一步提升商业化潜力。