一种纳米胶粘剂及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种纳米胶粘剂的制备方法和应用。所述纳米胶粘剂包括具有类儿茶酚结构的化合物、丝素蛋白和硅烷偶联剂改性的纳米材料；所述制备方法包括将丝素蛋白水溶液、聚乙二醇水溶液与水混合，得到混合溶液，再加入具有类儿茶酚结构的化合物和硅烷偶联剂改性的纳米材料。所述纳米胶粘剂能够在汽车、医疗、木材加工等领域应用，在干湿状态下对铝片、猪皮、木材的拉伸剪切强度>2MPa。合成工艺未涉及任何有毒、有气味原料、属于真正的绿色环保产品。有气味原料、属于真正的绿色环保产品。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米胶粘剂及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及一种纳米胶粘剂及其制备方法和应用，属于纳米胶粘剂制备领域。

技术介绍

[0002]牡蛎、藤壶和贻贝等一些海洋生物都能在海浪的冲击下依旧牢牢地粘附在湿润的礁石上。特别是贻贝，它的足部可以分泌一种的粘性液体蛋白
┄
贻贝粘附蛋白。由于天然贻贝粘附蛋白含量极低，直接从贻贝足丝中提取粘附蛋白难度大、成本高，而粘附蛋白中儿茶酚结构是粘附和交联的关键。
[0003]因此，采用具有贻贝粘附蛋白功能的基团，如类儿茶酚结构的多巴、多巴胺等，有效地引入到具有大分子骨架的丝素蛋白中，同时与纳米材料进行交联，制得具有与贻贝粘附蛋白类似耐水粘附的材料，开发仿生生物基胶粘剂。该胶粘剂具有生物相容性好、粘合强度高、耐湿粘附能力强、快捷方便等优点，有望在汽车、家居、医疗等领域应用。
[0004]目前生物基胶粘剂普遍是采用淀粉、大豆蛋白粉、大豆分离蛋白粉、木质素、丝素蛋白等进行一定程度的疏水改性，提高其耐水性，再采用交联剂构成网状结构，从而得到生物基胶粘剂。但是其改性过程中仍涉及到多种毒性大、气味强的材料，如环氧氯丙烷、乙二醇二缩水甘油醚等，不属于真正意义上的环保型胶粘剂。
[0005]但随着民众环保意识的增强和国家对胶粘剂绿色环保要求的提高，科学技术的进步，化工类胶粘剂逐渐开始由“有毒有害有污染”到“无毒无害绿色环保”的生物基胶粘剂蜕变。而绝大多数生物基胶粘剂都是亲水性化合物，胶粘剂耐水性差。以大豆蛋白、淀粉、木质素、单宁酸等生物质资源代替石油化工原料，研究生物基胶粘剂在胶合强度及耐水性等方面的改进技术，具有重要的应用价值和现实意义。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的缺点，本专利技术以生物基原材料丝素蛋白为大分子骨架，在PEG的作用下自组装暴露出更多的亲水极性基团，与具有儿茶酚类似结构的多巴胺、单宁酸、没食子酸、邻苯二酚等进行化学键或氢键反应，之后与硅烷偶联剂改性的纳米材料再次进行交联反应，增加其耐水性，最终得到了具有拉伸剪切强度高、耐湿性强，固化时间短，无毒性的环保型生物基胶粘剂，其对铝片、木材、猪皮具有良好的粘性。
[0007]根据本申请的一个方面，提供了一种纳米复合材料，包括具有式一结构的化合物中的至少一种、丝素蛋白和交联剂；
[0008][0009]其中R1选自H、
‑
OH、
‑
OCH3中的一种；R2选自H、
‑
COOH、
‑
CH3、
‑
CH2CH2NH2中的一种；R3选自H、
‑
OH、中的一种；
[0010]其中具有式一结构的化合物、丝素蛋白与交联剂的质量比为25％～40％：20％～45％：2％～15％。
[0011]所述具有式一结构的化合物即为具有儿茶酚类似结构的化合物。
[0012]所述具有式一结构的化合物选自多巴胺、单宁酸、没食子酸、邻苯二酚邻甲氧基酚、2
‑
甲氧基
‑4‑
甲基苯酚中的至少一种；
[0013]所述交联剂选自纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的至少一种；
[0014]所述交联剂经硅烷偶联剂改性；
[0015]所述硅烷偶联剂选自KH560、KH540、KH550中的至少一种；
[0016]所述改性的方法为将含有所述交联剂的水溶液与硅烷偶联剂混合，加热反应；
[0017]具体为将所述交联剂配制成浓度为1％的水溶液，加入硅烷偶联剂，50℃下反应6h后离心烘干；
[0018]所述硅烷偶联剂的质量与纳米材料的的质量比为1:2～3:1；所述硅烷偶联剂的质量与纳米材料的的质量比的上限选自3:1、3:2、2:1中的一种；所述硅烷偶联剂的质量与纳米材料的的质量比的的下限选自1:2、1:1、2:3中的一种。
[0019]根据本申请的另一个方面，提供一种纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]将丝素蛋白水溶液和聚乙二醇水溶液混合，得到混合溶液，再加入具有式一结构的化合物和交联剂，搅拌得到所述纳米材料。
[0021]所述丝素蛋白水溶液中丝素蛋白的质量分数为8％～10％；
[0022]所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的质量分数为40％～60％；
[0023]所述聚乙二醇的质量与所述丝素蛋白水溶液的质量比为0.05～0.15；所述聚乙二醇的质量与所述丝素蛋白水溶液的质量比的上限选自0.15、0.125、0.1中的一种；所述聚乙二醇的质量与所述丝素蛋白水溶液的质量比的下限选自0.05、0.075、0.09中的一种。
[0024]所述交联剂的质量与所述丝素蛋白水溶液的质量比为0.005～0.0625；所述交联剂的质量与所述丝素蛋白水溶液的质量比的上限选自0.0625、0.06、0.05、0.04中的一种；所述交联剂的质量与所述丝素蛋白水溶液的质量比的下限选自0.005、0.01、0.015、0.02中的一种。所述交联剂的粒径为50～150nm。
[0025]所述具有式一结构的化合物与所述丝素蛋白水溶液的质量比为0.05～0.2；所述具有式一结构的化合物与所述丝素蛋白水溶液的质量比的上限选自0.2、0.175、0.15中的一种；所述具有式一结构的化合物与所述丝素蛋白水溶液的质量比的下限选自0.05、
0.075、0.01中的一种。
[0026]当具有式一结构的化合物为多巴胺时，所述混合溶液中还含有催化剂；
[0027]所述催化剂选自N
‑
羟基琥珀酰亚胺和1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺；所述催化剂的质量与所述丝素蛋白水溶液的质量比为0.01～0.012。
[0028]所述搅拌时间为3～6h。
[0029]所述制备方法还包括丝素蛋白的前处理过程，包括:
[0030]将蚕茧打碎或剥为数层，煮沸并加入无水碳酸钠进行脱胶处理，去离子水冲洗烘干，再溶于LiBr溶液，抽滤，反复透析直至电导率不发生变化，再在聚乙二醇溶液中反透析得到所述丝素蛋白；
[0031]具体包括：
[0032]步骤(1)将外购的蚕茧打碎或剥为数层，备用。
[0033]步骤(2)在水浴锅中将2L去离子水煮沸，并加入无水碳酸钠，称取(1)中处理的蚕茧放入水浴锅中煮沸进行脱胶处理。
[0034]步骤(3)烘干：将(2)中出脱胶后得到的丝素蛋白，用去离子水反复冲洗3次，在烘箱中过夜，得到脱胶丝素蛋白，并拉松备用。
[0035]步骤(4)称取(3)中烘干后的丝素蛋白，在9.3mol
·
L
‑1的LiBr溶液中溶解。
[0036]步骤(5)将溶解后的丝素蛋白LiBr溶液进行抽滤，去除杂质。
[0037]步骤(6)将抽滤后的丝素蛋白溶液LiBr转入透析袋中，用去离子水反复透析直至电导率不发生变化。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料，其特征在于，包括具有式一结构的化合物中的至少一种、丝素蛋白和交联剂；其中R1选自H、
‑
OH、
‑
OCH3中的一种；R2选自H、
‑
COOH、
‑
CH3、
‑
CH2CH2NH2中的一种；R3选自H、
‑
OH中的一种；其中具有式一结构的化合物、丝素蛋白与交联剂的质量比为25％～40％：20％～45％：2％～15％。2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，优选地，所述具有式一结构的化合物选自多巴胺、单宁酸、没食子酸、邻苯二酚、邻甲氧基苯酚、2
‑
甲氧基
‑4‑
甲基苯酚中的至少一种；所述交联剂选自纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的至少一种。3.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述交联剂经硅烷偶联剂改性；所述硅烷偶联剂选自KH560、KH540、KH550中的至少一种；所述改性的方法为将含有所述交联剂的水溶液与硅烷偶联剂混合，加热反应。4.一种权利要求1～3中任意一项所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将丝素蛋白水溶液和聚乙二醇水溶液混合，得到混合溶液，再加入具有式一结构的化合物和交联剂，搅拌得到所述纳米材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白经过前处理过程；所述前处理过程包括：将蚕茧打碎或剥为数层，煮沸并加入无水碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，吴志连，张侃，俞波，王耀国，
申请(专利权)人：宁波锋成先进能源材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：