科学家从贻贝足部汲取灵感，研发抗酸碱耐腐蚀的多巴胺基粘合剂

道遵循自然，科学家可以不断地汲取灵感。这在粘合剂的开发中尤其明显。自1980年代以来，生物学家赫伯特·J·沃特（Herbert J.在接下来的40多年中，对酸，碱和腐蚀具有抗性的多巴胺粘合剂引起了研究人员的浓厚兴趣，并反复出现在顶级出版物中[2-4]。我们还在论文中报道了Herbert J. Waite的Science Magazine在2015年发表的潮湿环境中的新粘合剂（）[4]。普渡大学的乔纳森·威尔克（Jonathan J.

基于贻贝结蛋白的粘附特性的水凝胶。图像来源：PNNL [6]

乔纳森·威尔克（Jonathan Wilker）教授的研究小组致力于研究“遵循自然”的海洋生物材料和新材料。最近，他们发表了《自然杂志》的一篇论文，借鉴了经典商业环氧树脂树脂胶和海洋贻贝的粘附机制，以开发一种可持续且强的粘合剂，其成分均来自生物质：环氧大豆油（通过环氧油通过环氧化反应产生的环氧大豆油），苹果酸（在苹果，葡萄，山楂等水果中发现），单宁酸（通常在树木，红酒和红茶中发现）。这种粘合剂几乎适用于几乎任何底物表面，易于使用（可在5分钟内用家用吹风机固化），环保，便宜且实用，具有与当今市场上最强的经典环氧粘合剂相媲美的粘附属性。 ，易于大规模生产，并具有良好的商业化前景。

乔纳森·威尔克教授。图像来源：普渡大学[7]

作为经典的粘合剂，环氧树脂通常被称为“兄弟好”和“ AB胶”。它是通过环氧化合物和多胺化合物的反应获得的。后者用作固化剂，可以与环氧官能团进行亲核反应。 。两种化合物都是石化产品，是不可再生产品。研究人员研究了海贻贝的粘附机制，其中二羟基苯基（儿茶酚）组有助于交联反应。因此，他们假设这三个成分：环氧化合物，与具有儿茶酚结构的化合物混合的亲水性核试剂也应具有良好的粘附特性。

环氧树脂粘合剂（“ Ab胶”）反应机理

选择和努力同样重要。然后，研究人员在常见的天然化合物中选择：环氧化的大豆油目前是最常用的基于生物的增塑剂，可以用作第一个成分。由于生物胺和硫醇的成本高，可亲核者主要从酸和醇，富马酸，苹果酸和琥珀酸的含量可用作替代品。单宁酸，儿茶酚和长食酸还预计将用作第三个成分。

经过比较后，富马酸和琥珀酸都有溶解性问题，并且在反应停止后，含有儿茶酚和十五酸的配方均未产生固体。只有将环氧化的大豆，苹果酸和单宁酸合并（以下称为“ ABC胶”），它才能获得良好的效果。随后，研究人员确定，三个组件的简单混合的最佳比率为1：0.4：0.5（质量比），并且可以通过在70°C的70°C反应24小时来实现最强的粘附性能。

经典的两个组分环氧树脂和三组分“ ABC胶”。图像来源：自然

这种“ ABC胶”适用于各种表面。研究人员将其应用于砂钢，抛光铝，特氟龙，抛光钢，砂铝，PVC塑料和木表面（下面的A→G），以测试粘结强度并将其与商业产品进行比较。 “ ABC胶”在这些指标上显示出极好的粘附特性。令人惊讶的是，“ ABC胶”对抛光铝的键合强度为13±1 MPa，超过了所有控制商业粘合剂，包括超级胶（9±4 MPa）和环氧胶（7±1 MPa），通常被认为是其中之一最强的结构粘合剂。

比较“ ABC胶”和商业粘合剂之间的性能。图像来源：自然

为什么“ ABC胶”具有如此强大的粘附特性？通过核磁共振和红外光谱，研究人员发现环氧基固化后消失了，酒精信号出现在1H NMR中，证明了环氧官能团的开环反应。 13C NMR光谱的小移位还支持苹果酸和环氧化豆油的交联反应。差异扫描量热法还表明，这三个成分参与了共价键的形成并耦合在一起。