随着环保意识的提升，替代传统石油基塑料的可生物降解材料成为了研究热点。粘合剂作为日常生活中不可或缺的材料，广泛应用于个人设备、电子产品、汽车、建筑及包装等领域。然而，传统商业粘合剂大多是石油基热固性和热塑性胶粘剂，其不可降解特性使得废弃后的处理成为一个严重的环境问题。大多数市场上的粘合剂材料不易回收，且长期存在于环境中，导致塑料废弃物危机加剧。因此，开发可生物降解的替代粘合剂材料成为亟待解决的挑战。

为此，科学家们开始关注以生物基材料替代传统粘合剂，尤其是聚(3-羟基丁酸酯)（P3HB）这一生物降解性聚酯材料。P3HB作为一种由微生物合成的可再生、可降解的聚合物，被认为是替代石油基塑料的有前景材料。然而，微生物合成的P3HB通常具有脆性，缺乏足够的粘附性，这限制了其作为粘合剂的应用。

针对这一问题，科罗拉多州立大学Eugene Y.-X. Chen团队、Zhen Zhang；国家可再生能源实验室Gregg T. Beckham以及加利福尼亚大学Ting Xu等携手在Science期刊上发表了题为“Stereomicrostructure-regulated biodegradable adhesives”的最新论文。研究人员通过化学催化手段工程化P3HB的立体微结构，开发出具有多样化立体结构的P3HB材料。研究表明，富辛烯型P3HB不仅表现出优异的粘附性能，还能够超越许多传统的商业粘合剂，展现出良好的生物降解性和可持续性。

因此，科学家们通过深入探讨P3HB的立体结构与粘附性能之间的关系，为可生物降解粘合剂的开发提供了新的理论基础和技术路径。此项研究不仅推动了聚合物材料的可持续发展，也为解决粘合剂废弃物的环境问题提供了潜在的解决方案。

1. 实验首次合成了具有不同立体微结构的P3HB，通过催化选择性开环聚合（ROP）方法，成功合成了不同分子量、微结构和立体化学的聚(3-羟基丁酸酯)（P3HB）聚合物。研究表明，富辛烯型（syndio-rich）P3HB不仅具有较好的生物降解性，而且展现出了优越的粘附性能。

2. 实验通过调控P3HB的立体微结构，发现其对粘附性能的影响。特别是，富辛烯型P3HB（sr-P3HB）表现出较强的粘附力，能够超过许多商业粘合剂，且对铝、钢、玻璃和木材等基材的粘附表现优异。相比之下，富等规型、辛烯型或富等规型的P3HB则未显示出显著的粘附性能。

3. 实验探讨了P3HB的分子结构与粘附强度之间的关系。P3HB分子中包含链内极性酯基团和羟基端基，这些官能团有助于形成强的物理相互作用，增强与表面的粘附能力。此外，P3HB的热力学和粘弹性特性由主链手性碳的立体化学调控，这使得其粘附性能在不同基材上表现一致。

4. 实验结果表明P3HB的粘附性能与分子量、再加工或再利用的关系较小，这使得其在多次使用或回收后依然能够保持较好的粘附效果，为其在可持续应用中的前景提供了理论支持。

图1. P3HB立体异构体。

图2. 具有不同立体微结构的设计体P3HB的表征。

图3. P3HB粘合剂的附着力强度评估。

图4. P3HB粘合剂的热激活能、生命周期评估及应用示范。

本研究表明，P3HB的立体微结构对其粘附性能有着关键影响，特别是通过控制立体规整性，可以精确调节粘附强度。这一发现为设计新型环保粘合剂提供了理论依据和实践路径，即通过优化材料的分子结构，不仅能提高其性能，还能保证可持续性。其次，研究揭示了sr-P3HB与传统热熔胶相比在实际应用中的优势，如更强的粘附力和更广泛的适用性，展示了P3HB在替代传统石油基粘合剂中的巨大潜力。

此外，P3HB的可生物降解性和可回收性使其在环保和资源循环方面具备显著优势。最后，TEA和LCA评估为未来P3HB粘合剂的规模化生产提供了指导，强调了优化单体、催化剂和聚合物合成工艺的重要性。

Zhen Zhang et al. ,Stereomicrostructure-regulated biodegradable adhesives.Science387,297-303(2025).DOI:10.1126/science.adr7175