由聚酯五嵌段共聚物制成的压敏胶

　　生物基单体通过可控聚合制备ABABA结构聚酯五聚物，作为低粘性压力敏感粘合剂。研究显示16-39%硬块含量时，材料粘接力0.2-0.6N·cm?1，与商业低粘性PSA相当，并实现无残留易移除特性。通过单催化体系一锅法合成，调控硬块比例实现粘弹性平衡，热稳定性达310℃分解。

　　
压敏粘合剂（PSAs）在工业和日常生活中具有重要应用价值，例如标签、胶带和汽车部件固定。传统PSAs多依赖石油基单体（如聚丙烯酸酯、天然橡胶），而本研究提出一种新型生物基五嵌段聚酯PSA，通过单催化剂一锅法实现，旨在减少对不可再生石油资源的依赖，并降低碳排放。

### 生物基五嵌段聚酯的合成策略
研究团队通过环状酯开环聚合（ROP）技术，利用三种生物基单体合成具有ABABA结构的聚酯。A链由邻苯二甲酸酐与环氧化苯乙烯交替聚合形成，B链为ε- декалактон（来自蓖麻油）。关键创新在于采用双核锌镁催化剂，实现单步合成，避免传统分阶段聚合所需的纯化步骤。这种催化剂系统在反应初期促进邻苯二甲酸酐与环氧化苯乙烯的交替聚合，随后转向ε- декалакт酮的聚合，最终通过添加第二部分邻苯二甲酸酐形成五嵌段结构。

### 材料性能与结构关联性
1. **粘附力调控**
通过调节A链含量（16-39 wt%），发现当A链占比低于25%时，材料表现出低粘附特性（0.2-0.6 N/cm），其粘附失效机制为纤维桥接效应。当A链含量提升至26%时，粘附力升至0.64 N/cm，但仍低于传统PSA（如3M胶带2-13 N/cm）。这种性能变化与材料硬链/软链比例直接相关：硬链提供机械强度，软链增强表面浸润性。研究通过核磁共振（NMR）和动态热机械分析（DMA）确认了嵌段结构的完整性，并发现当硬链占比超过25%时，材料从弹性体转变为粘弹液体，失去实际应用价值。

2. **热稳定性与加工性**
TGA测试显示所有材料在310℃以上才出现5%的质量损失，表明其热稳定性优于多数商业PSA。X射线衍射（SAXS）证实低A链含量材料（如PB-1）存在微相分离，而高A链材料（PB-4）因分子量增大导致结晶度降低。值得注意的是，低含量A链（16-20%）的材料可形成自由-standing薄膜，而高含量（>25%）材料因过度刚性无法成型。

3. **流变学特性与界面行为**
通过动态流变学测试发现，当剪切存储模量（G'）在0.1-100 rad/s范围内低于30 kPa时，材料能有效浸润金属基材。实验数据显示PB-1（G'=12 kPa）和PB-2（G'=18 kPa）满足这一条件，而PB-3（G'=52 kPa）因硬链占比提升至26%而超出阈值。这种差异源于软硬链比例对材料弹性模量的影响：随着A链增加，材料从弹性体向粘弹液体转变，导致界面结合力下降。

### 与商业产品的对比分析
研究团队将自制材料与市售低粘附PSA（如Post-it便签胶0.33 N/cm、低粘性 vinyl胶0.19 N/cm）进行对比。结果显示，PB-2（0.43 N/cm）在粘附强度上接近商业最低粘合产品，且完全无需添加增粘剂。特别值得注意的是，当A链含量为16%时，材料粘附力（0.19 N/cm）甚至低于某些商业低粘产品，这为开发更环保的暂时性粘合剂提供了新方向。

### 工业应用潜力与挑战
1. **环保优势**
所用单体均来自可再生资源：邻苯二甲酸酐由玉米秸秆提取，环氧化苯乙烯来自废植物油，ε- декалактон来自蓖麻油。这种全生物基路线可减少约18亿吨/年的二氧化碳当量排放（据文献[11-15]估算）。

2. **加工性能优化**
实验表明，分子量超过70 kg/mol时材料才能形成薄膜。研究通过调整催化剂浓度和反应时间，成功将分子量稳定在60-80 kg/mol范围，这为大规模生产提供了可行性。

3. **应用场景拓展**
低粘附特性（0.2-0.6 N/cm）使材料特别适用于：
- 暂时性标签（如电子价签移除）
- 医疗敷料（无残留撕脱）
- 电子元件保护膜（避免高温加工损伤）

### 技术瓶颈与改进方向
1. **分子量控制难题**
第二阶段聚合（添加邻苯二甲酸酐）时，由于单体浓度降低和链端反应活性下降，分子量增长受限。解决方案可能包括优化催化剂负载比（文献[56-57]提到双核催化剂可提升至100 kg/mol）或采用分阶段聚合策略。

2. **低温性能不足**
DSC测试显示材料玻璃化转变温度（Tg）下限为-50℃，在-20℃以下可能出现脆性。改进方向包括引入柔性链段（如聚ε-己内酯）或共聚改性。

3. **长期稳定性验证**
目前研究仅验证了短期性能（<1年）。需通过加速老化实验（如85℃/85%湿度）评估材料在真实环境中的耐久性。

### 行业影响评估
该技术突破传统PSA需要多组分配方（如增粘剂+填料+溶剂）的局限，通过单一生物基五嵌段聚酯实现性能优化。根据Chang粘弹性模型（文献[1]），当材料满足G'≤3×10^5 Pa且G''/G'≤0.1时，适用于可移除PSA。本研究中PB-1和PB-2完全符合这一条件，而商业产品（如低粘 vinyl胶）G''/G'值多在0.2-0.5区间，说明生物基材料在动态性能上更具优势。

### 结论
本研究成功开发了具有ABABA结构的全生物基聚酯PSA，通过精确调控硬/软链比例（16-39 wt%），实现了从低粘移除到中等粘性的连续性能谱。该材料在分子设计上突破了传统PSA依赖石油化工的局限，其性能接近商业产品但具备更优异的可回收性（全生物基降解）。未来可通过引入支化结构或纳米复合（如添加石墨烯量子点）进一步提升机械性能，同时探索低温固化技术（<50℃）以扩大应用范围。