热熔胶（HMA）因其操作简便、无需溶剂固化等优势在工业制造中广泛应用。然而，传统聚氨酯热熔胶的搭接剪切强度大多低于6 MPa，如何突破这一性能瓶颈、揭示影响剪切强度的核心因素，一直是亟待解决的关键问题。
近日，刘向东团队在 Progress in Organic Coatings 期刊上发表研究论文，通过系统比较氢键基团（UPy，2-脲基-4-[1H]-嘧啶酮）在聚氨酯主链、侧链及不含UPy三种结构中的影响，首次阐明了杨氏模量是决定热熔胶剪切强度的最核心直接因素，而非传统认知中单纯依靠交联密度或氢键数量。
研究团队设计合成了三种聚氨酯热熔胶：无UPy的BPU、主链含UPy的MPU和侧链含UPy的SPU。实验表明，侧链UPy（SPU）因通过6碳烷基连接于主链，提供了更大的自由体积和更高的链段运动能力，使其在140 °C粘接温度下能够快速转变为粘流态，实现对被粘基材的充分润湿；同时，侧链结构增强了分子链间的缠结作用，显著提高了材料的杨氏模量（70.9 MPa）。得益于优异的润湿性与高模量的协同效应，SPU在304不锈钢基材上的搭接剪切强度高达13.48 MPa（负载4212 N），创下了聚氨酯热熔胶的最高纪录，远超文献报道的其他体系及多种商用胶粘剂（如3M™、Tesa®、Loctite®等）。此外，SPU还展现出优异的可重复使用性：经过4次粘接-分离循环后，剪切强度仍保持9.91 MPa（保留率73.4%），且破坏模式为内聚破坏，证明胶层内部强度与界面粘合力的良好平衡。
值得注意的是，主链含UPy的MPU虽然具有最高的本体拉伸强度（68.3 MPa）和韧性（180.2 MJ/m³），但其剪切强度仅为5.39 MPa，远低于SPU。机理分析表明：MPU中UPy位于主链，自由体积小、链段运动受限，难以在粘接温度下充分润湿基材，导致破坏模式为界面破坏而非内聚破坏——这直观印证了“高本体强度≠高粘接强度”的判断，强调了润湿性与模量协同对于剪切强度的决定性作用。
该工作不仅为高性能热熔胶的设计提供了清晰的理论指导——通过侧链氢键设计提升杨氏模量而不牺牲链段运动能力，也为可重复使用的强粘接解决方案开辟了新路径。研究得到国家重点研发计划（2022YFC2603500、2022YFC2603501）、吉林省青年成长科技计划（20240602112RC）及吉林省自然科学基金重点专项（SKL202302036）的资助。
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