能源部橡树岭国家实验室的研究人员使用聚合物化学将一种普通的家用塑料转化为一种可重复使用的粘合剂，这种粘合剂具有罕见的强度和延展性，使其成为有史以来最坚韧的材料之一。

这项发表在《科学进展》上的研究从根本上推进了设计一种新型坚韧粘合剂的途径，该粘合剂具有合并到单一材料中的理想特性。该技术适用于承受重载、承受极端压力和高温，并可可逆地粘合到各种表面，包括玻璃、铝和钢。

“强而韧的粘合剂很难设计，因为它们需要结合通常不兼容的硬质和软质特征，”ORNL 科学家和通讯作者 Tomonori Saito 说。诸如环氧树脂之类的结构粘合剂主要是为承载强度而设计的，但缺乏韧性，这种特性有助于材料在拉伸或拉伸时分散应力以防止突然失效。

“挑战在于在不牺牲强度的情况下增加柔性材料的韧性。我们的方法使用动态化学键来开发一种具有当前材料所没有的卓越性能的新型粘合剂，”Saito 说。

研究人员的目标是对商品热塑性塑料、聚苯乙烯-b-聚（乙烯-共-丁烯）-b-聚苯乙烯或 SEBS进行升级再造，这是一种易于加工但不具备强粘合性的橡胶状聚合物材料。升级再造的目标是为大批量生产的普通塑料增加价值，这些塑料用于一般和一次性应用，例如食品容器、玩具和家居用品。

该团队通过动态交联修改了 SEBS 的化学结构，使其更加坚固，并为塑料创造了超越传统回收利用的再利用途径，从而提高了它们在新的和专业应用中的性能。

交联是用于设计具有更稳定性能的材料的已知策略。该方法可以在通常不兼容的结构之间架起一座桥梁。在这项研究中，硼酸酯用于将 SEBS 与二氧化硅纳米粒子或 SiNP 偶联，这是一种用于增强聚合物的填充材料。该组合产生了一种新型交联硼酸酯-SiNP复合材料。

传统的交联通常会导致永久粘合，从而防止粘合剂被去除或再加工。研究发现，硼酸酯能够实现“动态”或可逆交联，是新材料强粘附性和可回收性的关键。这些独特的化合物可以产生稳定的键，可以反复形成和断开——这一不寻常的特性使它们对可持续材料设计具有吸引力。

“一个基本的发现是，SEBS 上的硼酸酯可以重新排列与SiNP 上的羟基（氧和氢）的键，以适应要求苛刻的工作的特性。我们还发现形成类似的可逆硼酸酯键的各种表面具有羟基基团，”主要作者 Md Anisur Rahman 说，他在 ORNL 化学科学部与 Saito 一起工作。

通过密度泛函理论在实验和计算上观察到了这一双重发现。

结果表明，交联键在材料内发生了变化，从而实现了特定的特性，并如此牢固地粘附在表面上，以至于薄的平方厘米可以容纳大约 300 磅。通过尝试用力分离材料来测量韧性的剪切测试超出了图表范围，远远超过了研究中测试的所有商业粘合剂。事实上，这种材料很难粘附到玻璃上，以至于玻璃在样品脱粘之前就破裂了。该方法还将热稳定性提高到 400 华氏度，使粘合剂对环境和高温应用具有吸引力。

除了非凡的附着力外，这种坚韧材料的一个令人惊讶的特性是它还可以回收利用。“高性能粘合剂可移除的情况很少见，但我们的粘合剂是为重复使用和可回收而设计的，”拉赫曼说。“它可以通过加热和压力应用和分离，并重复使用多次。”

这一发展拓宽了航空、汽车和建筑粘合剂的应用。“节省资源和减少浪费对工业和环境都有好处。通过设计，这种粘合剂可以让您进行维修或纠正代价高昂的错误，并且可以在极具挑战性的应用中重新加工以用于新用途，”Saito 说。

该团队计划将该技术商业化，并正在探索与其他填料的动态交联，以开发针对特定粘合表面和功能进行优化的坚韧粘合剂。