本研究由Ying-Chun Xu、Shuang-Lin Zou、Chun-Lin Xu、Ling-Ping Xiao（通讯作者）及Run-Cang Sun等人完成，主要通讯单位为中国大连工业大学轻工与化学工程学院辽宁省木质纤维素化学与生物质材料重点实验室，合作单位包括芬兰Åbo Akademi University自然科学与工程学院天然材料技术实验室。该研究于2025年7月30日在线发表于Advanced Functional Materials，论文标题为《通过铜配位构建双网络纤维素粘合剂：桥接超高粘接性能与环境稳定性》。

该研究属于生物质材料与高性能粘合剂交叉领域。传统粘合剂，尤其是石油基环氧树脂和丙烯酸树脂，普遍面临环境友好性不足、固化条件苛刻、成本与性能失衡以及内聚力与界面粘附力难以协同优化等挑战。纤维素作为自然界最丰富的天然高分子，具有优异的力学弹性和丰富的可修饰羟基表面，但现有纤维素基粘合剂往往存在制备工艺复杂、能耗高或耐水性差等问题。为克服上述局限，研究团队提出了一种基于紫外光固化的双网络策略，将微晶纤维素与氯化铜引入甲基丙烯酸树脂体系，通过铜离子配位和氢键作用桥接纤维素与聚合物基体，进而协同调控粘合剂的内聚能与界面粘附能，以期实现力学强度、环境耐受性和可回收性的统一。

研究流程主要分为复合材料制备与结构表征、力学与热学性能测试、粘接性能评价、耐水与耐溶剂性能考察以及闭环回收验证五个环节。在材料制备环节，研究者选用甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸环己酯和3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷甲酸酯作为主要单体，在395 nm紫外光照射下2–3分钟内完成自由基交联固化，并以微晶纤维素和氯化铜作为功能填料，制备出不同纤维素含量及不同铜离子含量的系列粘合剂样品。其中，综合性能最优的样品记为cl30@cu，即含30 wt.%微晶纤维素和2 wt.%氯化铜的复合材料。结构表征方面，傅里叶变换红外光谱证实丙烯酸酯网络中碳碳双键特征峰在光照后完全消失，且加入纤维素和氯化铜后羟基信号发生红移，表明形成了氢键相互作用。X射线衍射分析显示微晶纤维素在树脂基体中分散良好，氯化铜的引入显著抑制了纤维素的结晶，使cl30@cu呈现无定形特征。扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱证实碳、氧、铜元素在材料中均匀分布。此外，研究团队采用密度泛函理论计算和约化密度梯度分析，在原子层面揭示了纤维素羟基与树脂羰基之间存在强氢键以及离域的范德华相互作用，为复合材料的高相容性提供了理论依据。

力学与热学性能测试表明，cl0纯树脂的拉伸强度为7.8 MPa，而添加30 wt.%微晶纤维素后，cl30的拉伸强度提升至18.2 MPa，韧性由18.90 MJ m⁻³增加至43.21 MJ m⁻³。进一步掺入2 wt.%氯化铜后，cl30@cu的拉伸强度达到32.6 MPa，韧性为68.07 MJ m⁻³，断裂应变保持在256.3%。有限元模拟显示cl30@cu在单轴拉伸过程中实现了应力的均匀分布，且单边缺口拉伸试验及对应模拟表明其抗裂纹扩展能力显著优于纯树脂。热重分析显示cl30@cu的5%热失重温度由cl0的182 °C提高至186 °C，残炭率由0.70%增加至4.13%。差示扫描量热分析表明玻璃化转变温度由58.85 °C提升至84.04 °C。流变学测试显示cl30@cu在30–130 °C范围内保持弹性主导的粘弹性平衡，具备良好的热压加工适应性。

粘接性能评价是研究的核心内容之一。粘接工艺优化发现，在130 °C、0.5 MPa条件下热压8分钟可获得最佳粘接强度。cl30@cu在竹材基底上的剪切粘接强度为8.7 MPa，约为cl0树脂的3倍，且脱粘功由5288 N m⁻¹提高至14269 N m⁻¹。在不锈钢、铜、铝、铁等金属表面，cl30@cu的粘接强度可达11.7–15.2 MPa，其中不锈钢表面最高。与商业乙烯-醋酸乙烯共聚物热熔胶和环氧AB胶相比，cl30@cu在钢材上的脱粘功为11623 N m⁻¹，是商业粘合剂的1–7倍。此外，cl30@cu表现出可逆粘接特性，在室温破坏后可借助130–150 °C热风重新粘合，经7次重复粘接后仍保持较高强度。耐水与耐溶剂性能测试中，cl30@cu的水接触角为92.57°，30天吸水率仅为39%，显著优于cl0的331%。在竹材基底上，cl30@cu经14天纯水、海水或2 M氯化钠溶液浸泡后，剪切强度仍分别维持在7.9 MPa和8.0 MPa左右；在酸性或碱性溶液中浸泡7天后亦保持稳定。钢材基底上的cl30@cu在pH 1–13溶液中浸泡3天后，粘接强度维持在14.9–15.8 MPa，且在0–2 M氯化钠溶液中粘接强度保持在14.8–15.2 MPa。温度适应性方面，在0–50 °C水环境中浸泡3天后，粘接强度由15.1 MPa仅下降至12.9 MPa。在去离子水和海水中浸泡60天后，cl30@cu粘接的钢材仍能承受1 kg荷载，粘接强度维持在约15.2 MPa，表现出优异的长期水下稳定性。

闭环回收验证部分，研究者采用化学溶剂法实现了粘合剂的近定量解聚，通过溶剂中原位生成氯自由基促使聚甲基丙烯酸酯解聚。与机械热回收相比，该方法显著降低了生产成本，回收效率维持在80%以上。回收后的纤维素基树脂粘合剂在竹材基底上的粘接性能和拉伸强度均保持在原始材料的85%以上，证明了其良好的可循环性和长期使用潜力。

该研究的核心结论是，通过紫外光固化将微晶纤维素和氯化铜简单引入聚甲基丙烯酸酯树脂，可成功制备兼具高强度、高韧性、优异耐水性和可回收性的生物基粘合剂。微晶纤维素和氯化铜不仅提升了材料力学强度和热稳定性，还通过氢键和铜配位作用实现了内聚力与界面粘附力的平衡。cl30@cu在海水中浸泡两个月后仍能保持95%的粘接强度，并在极端pH、高盐度和宽温度范围内表现出稳定性能。其脱粘功为11623 N m⁻¹，优于多种文献报道的粘合剂及商业产品。

本研究的亮点在于：第一，利用铜离子配位和纤维素氢键构建了双网络结构，有效解决了传统粘合剂内聚力与粘附力难以协同优化的问题；第二，采用紫外光固化策略，大幅缩短了固化时间并降低了能耗；第三，系统结合了实验表征与密度泛函理论计算、有限元模拟，从分子层面到宏观力学层面阐释了增强机制；第四，粘合剂具备优异的可逆粘接和化学闭环回收性能，为可持续发展的生物基高性能粘合剂设计提供了新范式。