一种可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于水凝胶领域，公开了一种可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂及其制备和应用。所述的可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂，由单体甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺，以及交联剂六亚甲基二异氰酸酯‑三聚体在水中通过自由基聚合合成得到。本发明专利技术通过使用简单的市售并且不需要化学改性的单体，在不改变组成的情况下，通过改变聚合温度调控水凝胶聚合物分子链长来得到自修复，高拉伸性和自粘性水凝胶。制备的水凝胶自愈特性至关重要，特别是当它们用于承重应用时。水凝胶从损伤中表现出内在自我修复的能力将增加它们的耐用性，使用寿命，可靠性和安全性。

A reusable hydrogel adhesive that does not damage the surface of the substrate and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂及其制备和应用
本专利技术属于水凝胶领域，特别涉及一种可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂及其制备和应用。
技术介绍
聚合物水凝胶是由亲水性的高分子链通过交联形成的三维网状结构材料，由于其溶胀于水中、质地柔软而类似生物体组织，是一种理想的生物相容性材料。通过控制水凝胶三维网络的交联度，调节高分子链上的官能团，以及改变环境条件，可以调控水凝胶的溶胀度和粘接性能。因而，聚合物水凝胶可广泛应用于角膜接触镜、烧伤敷料、药物控释材料以及医用胶黏剂等领域。目前，大多数研究工作主要集中于水凝胶的机械性能、溶胀性能，以及刺激响应性，而对其胶黏性能的研究却仍十分有限。粘附性水凝胶可用于各种应用，包括伤口愈合，电子装置，海洋部门的水下粘附等。然而，存在于水凝胶中的水将通过氢键与水凝胶的粘性基团相互作用，这显著弱化了这些水凝胶和其他材料之间的粘合。因此，水凝胶的粘合性能通常非常弱。胶黏剂虽然已经商业化，但是商业获取的产品(如一般的环氧树脂胶黏剂，聚丙烯酸酯型胶黏剂502)多数在聚四氟乙烯上的胶黏力很弱，而且他们的胶黏行为通常是不可逆的，只能做一次使用。在他们的使用过程中，很难除去，且除去过程中会损伤基材，此外，它们的胶黏力对外界的刺激很不敏感。然而，发展同时具备可逆黏连和胶黏力强并且不伤基材表面的胶黏剂极其重要。因为这种胶黏剂可以重复使用，且可方便的实现别胶黏物质的转移。另一方面，在生物医药方面，水凝胶胶黏剂可以作为伤口胶黏剂和关节胶黏剂。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂的制备方法。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂。本专利技术再一目的在于提供上述可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂在玻璃，皮革，木材，纸张，瓷砖，棉布等材料的粘合中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂，由单体甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和丙烯酰胺(AAm)，交联剂六亚甲基二异氰酸酯-三聚体(HT)在水中通过自由基聚合合成得到。所述的单体中甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和丙烯酰胺(AAm)的投料质量比≤50％；所述的水的用量满足水的质量和单体的总质量的比值为1:1-4:1，优选为2.1:1；所述的六亚甲基二异氰酸酯-三聚体(HT)的用量满足六亚甲基二异氰酸酯-三聚体(HT)的质量占单体的总质量的比值为0-0.1％；所述的六亚甲基二异氰酸酯-三聚体(HT)优选为以六亚甲基二异氰酸酯-三聚体的丙酮溶液进行添加，其中六亚甲基二异氰酸酯-三聚体的丙酮溶液的浓度为0.04g/ml。所述的自由基聚合过程中还包括加入引发剂，所述的引发剂为过硫酸铵(APS)、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种，所用的引发剂的用量占单体总质量的0.1～5％；所述的自由基聚合过程中还可以加入促进剂促进反应进程，所述的促进剂为四甲基乙二胺(TEMED)；所述的促进剂的用量占引发剂质量的0～5％；所述的自由基聚合是指在50～90℃聚合1～30min，聚合完成的水凝胶再在室温下放置0～24h进行充分聚合。所述的可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂的水含量为50～80％；所述的基材可以为纸片、木材、玻璃、金属或棉布；所述的可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂在纸片、木材、玻璃、金属或棉布等表面的粘结中的应用。本专利技术中未指明温度的均指在室温下进行，所述的室温指5～35℃。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：通过调控单体在形成水凝胶时的聚合温度，使得形成水凝胶的分子链较短且很灵活，这有利于氢键的交换从而实现强大的粘性。本专利技术通过使用简单的市售并且不需要化学改性的单体，在不改变组成的情况下，通过改变聚合温度调控水凝胶聚合物分子链长来得到自修复、高拉伸性和自粘性水凝胶。制备的水凝胶自愈特性至关重要，特别是当它们用于承重应用时。水凝胶从损伤中表现出内在自我修复的能力将增加它们的耐用性，使用寿命，可靠性和安全性。水凝胶胶黏剂具有传统水凝胶高含水量，生物相容性好，环境友好的特点，同时具备自修复，高拉伸性，高透明度等优点。更具备常见胶黏剂的粘性，同时可以在多种基材上使用的优点。在纸片，木材，玻璃，金属，棉布等多种基材上粘附24h后均达到较大的胶黏力，通过玻璃剪切强度测试可知，在24h和48h后，剪切强度分别显着增强至134kPa和234kPa。借助于水凝胶粘附到木质基材上的200g砝码在24小时后能够用作支架并悬挂的10kg重物。表明水凝胶具有显著的胶黏能力。附图说明图1为实施例1～6中所得到的水凝胶胶黏剂的FTIR光谱图；图2为实施例3和实施例7制备的水凝胶胶黏剂的核磁氢谱图；图3为实施例3制备的水凝胶的SEM图；图4为实施例3和7制备的水凝胶的溶胀曲线图；图5为实施例3制备的两块破损的水凝胶(a)在接触15s后实现修复(b)的照片图；图6为实施例3、7、8、9中制备的水凝胶在自愈前后的应变对比图；图7为实施例1～6中制备的水凝胶胶黏剂的应变图；图8为实施例3制备的水凝胶胶黏剂的耐割性能测试过程图；图9为本专利技术制备的水凝胶胶黏剂的多基材粘附测试结果图；图10为去除皮革表面水凝胶胶黏剂的过程图；图11为本专利技术制备的水凝胶胶黏剂粘附砝码悬挂10kg重物的示意图；图12为实施例3制备的水凝胶胶黏剂的玻璃剪切强度测试过程图和结果图；图13为实施例3制备的水凝胶在不同基材上粘附不同时间下的剪切粘附强度结果图；图14为本专利技术实施例3和实施例7制备的水凝胶胶黏剂的小变形振荡实验结果图；具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。本专利技术中所述的室温是指5-35℃。实施例1：水凝胶胶黏剂的合成将10g丙烯酰胺、4g甲基丙烯酸羟乙酯、30g水、0μL的HT丙酮溶液(0.04g/mL丙酮溶液)、0.1g过硫酸铵、5μL四甲基乙二胺(TEMED)混合得到水凝胶胶黏剂的溶液，然后将其倒入模具中发生自由基聚合反应以形成水凝胶，自由基聚合条件为：90℃聚合3min，随后在室温下充分聚合2h。所得水凝胶胶黏剂的水含量为68.2％。实施例2将10g丙烯酰胺、4g甲基丙烯酸羟乙酯、30g水、20μL的HT丙酮溶液(0.04g/mL丙酮溶液)、0.1g过硫酸铵、5μL四甲基乙二胺(TEMED)混合得到水凝胶胶黏剂的溶液，然后将其倒入模具中发生自由基聚合反应以形成水凝胶，自由基聚合条件为：90℃聚合3min，随后在室温下充分聚合2h。所得水凝胶胶黏剂的水含量为68.2％。实施例3将10g丙烯酰胺、4g甲基丙烯酸羟乙酯、30g水、40μL的HT丙酮溶液(0.04g/mL丙酮溶液)、0.1g过硫酸铵、5μL四甲基乙二胺(TEMED)混合得到水凝胶胶黏剂的溶液，然后将其倒入模具中发生自由基聚合反应以形成水凝胶，自由基聚合条件为：90℃聚合3min，随后在室温下充分聚合2h。所得水凝胶胶黏剂的水含量为68.2％。实施例4将10g丙烯酰胺、4g甲基丙烯酸羟乙酯、30g水、60μL的HT丙酮溶液(0.04g/mL丙酮溶液)、0.1g过硫酸铵、5μL四甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂，其特征在于由单体甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺，交联剂六亚甲基二异氰酸酯‑三聚体在水中通过自由基聚合合成得到。

【技术特征摘要】
1.一种可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂，其特征在于由单体甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺，交联剂六亚甲基二异氰酸酯-三聚体在水中通过自由基聚合合成得到。2.根据权利要求1所述的可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂，其特征在于：所述的单体中甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺的投料质量比≤50％；所述的水的用量满足水的质量和单体的总质量的比值为1:1-4:1；所述的六亚甲基二异氰酸酯-三聚体的用量满足六亚甲基二异氰酸酯-三聚体的质量占单体的总质量的比值为0-0.1％。3.根据权利要求2所述的可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂，其特征在于：所述的交联剂六亚甲基二异氰酸酯-三聚体以六亚甲基二异氰酸酯-三聚体的丙酮溶液进行添加，所述的六亚甲基二异氰酸酯-三聚体的丙酮溶液的浓度为0.04g/ml。4.根据权利要求1所述的可反复使用且不伤基材表面的水凝胶胶黏剂，其特征在于：所述的自由基聚合过程中还包括加入引发剂，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐秀彬，陈睿，吴旭，于丹凤，王正平，刘敏换，肖创洪，黄建嘉，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44