生技打造「超強膠水」創下強度新紀錄，有望改變500億美元產業

研究人員研發出一種黏著性聚合物，其強度超越現有的商用產品，同時還具備可生物降解、可定製以及可重複使用等諸多優勢。

美國科羅拉多州立大學（Colorado State University）的研究團隊及其合作夥伴，成功研發出一種創新的黏著性聚合物。此聚合物在強度上勝過市面上現有的同類產品，而且還能生物降解、可重複使用。這項發表於《科學》（Science）期刊的研究指出，天然存在的聚合物聚3-羥基丁酸酯（P3HB）經化學改性後，可成為一種耐用且具永續性的黏合劑。

黏合劑在汽車製造、包裝、電子、太陽能及建築等產業中扮演著至關重要的角色，構成了一個高達500億美元的龐大市場。然而，它們也為日益嚴重的塑膠垃圾問題「貢獻」頗多。研究團隊運用實驗方法、模擬以及流程建模等多種手段，設計出這種環保型聚合物，期望能成為傳統黏合劑的可行替代品。

該專案由科羅拉多州立大學化學系的大學傑出教授陳尤金（Eugene Chen）領銜。論文的其他合作夥伴包括美國國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory）的格雷格·貝克漢姆（Gregg Beckham）、加州大學伯克利分校（University of California, Berkley）的徐婷（Ting Xu）教授以及他們各自團隊的研究人員。

陳教授表示，聚3-羥基丁酸酯（P3HB）是一種天然的、以生物為基礎且可生物降解的聚合物，在適宜的生物條件下，微生物就能合成它。雖然以這種方式製造出來的聚合物本身並不具有黏性，但他的實驗室透過化學手段對其結構進行重新設計，使其在鋁、玻璃和木材等各種基材或表面上使用時，展現出比常見的石油基、不可生物降解的同類產品更強的黏附力。而且，重新設計的P3HB的黏附強度還能根據不同的應用需求進行調整。

這些研究成果是陳教授團隊為解決全球塑膠汙染危機、提升和拓展相關能力的宏大目標的一部分。他的團隊積極投入多項研究工作，旨在開發出可化學回收、可生物降解，總體而言更具永續性的替代材料，以取代現有的塑膠材料。他指出，雖然很多人都意識到一次性水瓶存在的生命週期問題，但黏合劑所帶來的問題更為棘手，而且解決方案也相對有限。

他還提到，像大猩猩膠（Gorilla Glue）和J-B Weld等石油基熱固性黏合劑，以及熱塑性熱熔膠，要回收或再利用極為困難，甚至根本無法做到，主要原因在於它們與其他材料的結合非常牢固。而他們研發的方法提供了一種可生物降解的材料，與上述材料相比，它能應用於多個行業，強度不僅可調，甚至更高。

伊桑·奎因（Ethan Quinn）是科羅拉多州立大學的博士生，他與博士後研究員張震（Zhen Zhang）共同擔任論文的第一作者。奎因表示，他和張震主導了材料的研發和測試工作。

奎因說：「我們製作了一個P3HB膠棒樣品，並使用市面上買得到的膠槍，測試它在密封紙板箱方面的應用，以及在鋼板上的其他效能。我原本就知道資料顯示它比其他同類產品更強，但當發現它遠勝於典型的熱熔膠時，我還是大吃一驚。現有的黏合劑最多隻能承受15磅的重量，而我們的膠水能輕鬆固定住20磅的重物。」

陳教授指出，P3HB在多種環境下都能生物降解，無論是有人管理的環境還是自然環境。也就是說，它在垃圾填埋場、鹹海水或土壤中都能自然分解。這大大拓展了在其生命週期結束時處理該材料的選擇範圍。此外，P3HB黏合劑還能回收、再加工和重複使用。

科羅拉多州立大學的團隊目前將著手研究如何將這種聚合物商業化，以實現廣泛應用。

陳教授稱：「我們正在探索兩種不同的大規模生產方法，包括降低整體成本和環境影響的途徑。美國國家可再生能源實驗室團隊的分析指出了我們可以改進的關鍵領域，我們將繼續與BOTTLE聯盟合作，推進相關的擴大生產工作。」

參考文獻：Stereomicrostructure-regulated biodegradable adhesives by Zhen Zhang, Ethan C. Quinn, Jacob K. Kenny, Alexandra Grigoropoulos, Jason S. DesVeaux, Tiffany Chen, Li Zhou, Ting Xu, Gregg T. Beckham and Eugene Y.-X. Chen, 16 January 2025, Science.DOI: 10.1126/science.adr7175

科羅拉多州立大學和美國國家可再生能源實驗室的這項研究工作，得到了美國能源部BOTTLE聯盟的支援。