一种水下胶粘剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及水凝胶材料领域，公开了一种遇水瞬粘、高粘结强度的长效水下胶粘剂的制备方法，包括：1)通过化学合成制备得到具有单体；2)采用紫外光引发自由基聚合制备得到液态的水下胶粘剂；3)通过注射器将胶粘剂均匀涂覆到基材表面实现水下粘附。本发明专利技术方法得到的胶粘剂可在20s内可实现快速水下粘附且具有强的水下粘结强度(～350kPa)，且附着效果可维持较长时间(>7天)。不仅弥补了固体胶粘剂粘结强度低且难以对复杂的表面进行有效粘附的缺点，并且有效改善了普通液体胶粘剂粘附速度慢的问题，并可以实现长效的水下粘附。可以实现长效的水下粘附。

【技术实现步骤摘要】
一种水下胶粘剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及胶粘剂领域，尤其涉及一种遇水瞬粘、高粘结强度的长效水下胶粘剂的制备方法。

技术介绍

[0002]胶粘剂广泛应用于我们的日常生活和工业中。目前，市场上的大多数胶粘剂仅能实现在空气环境中完成对干燥物体的粘附。然而在实际应用中，经常还需要粘结湿润表面或在液体介质中实现粘附，例如医疗领域的植入式装置和伤口敷料、水基能源装置、水下传感器、水下材料补漏修复和海洋工业等。因此，开发能够在潮湿/水下环境中使用的新型水下胶粘剂已成为胶粘剂研究领域的重要目标。
[0003]目前，基于水下粘附胶粘剂的相关研究正在不断推进，依据胶粘剂的物理形态可将其分为液态胶粘剂和固态胶粘剂(胶带)。固态胶带操作简便，但相对于液态胶粘剂其粘结强度偏弱。例如，北海道大学的龚剑萍教授等人基于阳离子
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苯环结构的聚合物制备了一种水下粘附胶带，只需将其按压在水下底物上即可实现粘附，然而其在水下对玻璃的粘结强度仅为20
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60kPa。此外，由于物理形态的限制固态胶带通常难以贴附到具有复杂表面结构形貌的底物上。液态胶粘剂通常粘结强度强，但需要胶水在水下固化才能实现强界面结合，而所述的固化过程通常需要耗费一定时间；此外，一些胶水的固化需要外界的热刺激或者光照，为粘附操作的实施增添了难度。例如，美国阿克伦大学的Abraham Joy等人开发了一种水下用的胶水，其粘结强度可达～100kPa，然而其实施方法较为繁琐：测试粘结强度时，其需要花费5分钟在水下涂匀胶水，然后在水下保持15分钟，最后用紫外光照射10分钟。
[0004]因此，亟需开发一种兼具自发、快速水下胶粘，粘结强度大、粘附效果持久的水下胶粘剂。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种遇水瞬粘、高粘结强度的长效水下胶粘剂的制备方法。本专利技术方法首先合成具有疏水结构(苯环)和物理相互作用单元(胺)的单体，再利用单体在有机试剂中的自由基聚合反应制得所述的遇水即粘的水下胶粘剂，并提供该胶粘剂的具体实施方法。该胶粘剂可在20s内就实现对基材的快速粘附且具有理想的水下粘结强度(～350kPa)，并能在水中保持长时的粘附效果(>7天)。因此，胶粘剂不仅能弥补固体胶粘剂粘结强度低且难以贴合复杂表面结构的缺点，还有效改善了现有液体胶粘剂粘附速度慢、长时稳定性有限的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种式(I)所示的胶粘剂单体，
[0008][0009]其中，R1、R2同时为甲基、乙基、异丙基或乙醇基，或者R1和R2连接成环并与二者之间的N组合形成咪唑基或三嗪基。
[0010]优选地，R1、R2同时为甲基，或者R1和R2连接成环并与二者之间的N 组合形成咪唑基或三嗪基。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种上述式(I)所示的胶粘剂单体的制备方法，所述方法为：将碱性物质溶于溶剂，在搅拌条件、保护气氛(氮气或惰性气体，优选氮气)下，加入胺类物质，然后缓慢滴加对氯甲基苯乙烯，滴加完毕后，50～60℃反应24～30小时(优选50℃反应24小时)，所得反应液经后处理，得到式(I) 所示的胶粘剂单体；
[0012]所述碱性物质为碳酸氢钠或碳酸钾；所述胺类物质为二甲胺、二乙胺、二异丙胺、二正丙胺、咪唑、三氮唑、二乙醇胺(优选二甲胺、咪唑或三氮唑)；所述碱性物质、胺类物质与对氯甲基苯乙烯的物质的量之比为1～2:0.05～5：1。
[0013]所述胺类物质常温下为气态物质时，可以以胺类物质的水溶液的形式加入，所述胺类物质的水溶液的浓度为0.0005～0.01mol/mL(优选0.0008mol/mL)。
[0014]进一步，所述溶剂包括且不限于乙醇、丙酮、体积比为1:1～2的水与丙酮的混合溶液、四氢呋喃、二甲亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳或甲苯等。
[0015]更进一步，所述溶剂的体积以碱性物质的质量计为2
‑
20mL/g。
[0016]进一步，本专利技术提供两种后处理的方法：
[0017]1、所述后处理为：过滤所述反应液，取滤液旋蒸除去溶剂，所得粘稠液经碱性氧化铝色谱柱纯化，收集含目标化合物的洗脱液，室温挥发去除溶剂，得到所述式(I)所示的胶粘剂单体；所述碱性氧化铝色谱柱纯化的洗脱剂为石油醚、乙酸乙酯、甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃、氯仿、己烷或四氯化碳等。
[0018]2、所述后处理为：过滤所述反应液，取滤液旋蒸除去溶剂，所得粘稠液用有机溶剂A稀释，加入去离子水水洗除去未反应的胺类分子，所得有机相用1
‑
3 M(优选2M)盐酸溶液反萃取，取水相用3
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5M(优选4M)氢氧化钠溶液中和，加入有机溶剂B萃取，合并有机相，无水MgSO4干燥，减压蒸馏，得到所述胶粘剂单体。
[0019]所述有机溶剂A、有机溶剂B分别独立为乙醚、丙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯或己烷。
[0020]第三方面，本专利技术提供一种上述式(I)所示的胶粘剂单体在制备胶粘剂中的应用，尤其是在制备水下胶粘剂中的应用。
[0021]具体地，所述应用为：
[0022]将所述式(I)所示的胶粘剂单体、光引发剂均匀分散于有机反应介质中，在紫外光下15
‑
60℃(本专利技术的实施例都是常温反应，温度升高，反应更快)进行均聚反应0.1～48h(优选32W紫外光下进行均聚反应4h)，制得所述胶粘剂；所述式(I)所示的胶粘剂单体与光引发剂的物质的量之比为10～100:1。
[0023]作为优选，所述有机反应介质为有机溶剂或者离子液体。具体地，所述有机溶剂是
二甲亚砜或N,N
‑
二甲基甲酰胺；所述离子液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐、2
‑
氟
‑
1,3
‑
二甲基氯化咪唑翁六氟磷酸酯、1
‑
丁基
‑
2,3
‑
二甲基咪唑氯盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑溴盐、1
‑
辛基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
辛基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓二氰胺盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐或1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐等。特别优选1
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种式(I)所示的胶粘剂单体，其中，R1、R2同时为甲基、乙基、异丙基或乙醇基，或者R1和R2连接成环并与二者之间的N组合形成咪唑基或三嗪基。2.如权利要求1所述的式(I)所示的胶粘剂单体的制备方法，其特征在于所述方法为：将碱性物质溶于溶剂，在搅拌条件、保护气氛下，加入胺类物质，然后缓慢滴加对氯甲基苯乙烯，滴加完毕后，50～60℃反应24～30小时，所得反应液经后处理，得到式(I)所示的胶粘剂单体；所述碱性物质为碳酸氢钠或碳酸钾；所述胺类物质为二甲胺、二乙胺、二异丙胺、二正丙胺、咪唑、三氮唑、二乙醇胺；所述碱性物质、胺类物质与对氯甲基苯乙烯的物质的量之比为1～2:0.05～5：1。3.如权利要求2所述的式(I)所示的胶粘剂单体的制备方法，其特征在于：所述溶剂为乙醇、丙酮、体积比为1:1～2的水与丙酮的混合溶液、四氢呋喃、二甲亚砜、N,N
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二甲基甲酰胺、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳或甲苯。4.如权利要求2所述的式(I)所示的胶粘剂单体的制备方法，其特征在于：所述溶剂的体积以碱性物质的质量计为2
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20mL/g。5.如权利要求2所述的式(I)所示的胶粘剂单体的制备方法，其特征在于：所述保护气氛为氮气或惰性气体。6.如权利要求2所述的式(I)所示的胶粘剂单体的制备方法，其特征在于所述后处理为：过滤所述反应液，取滤液旋蒸除去溶剂，所得粘稠液经碱性氧化铝色谱柱纯化，收集含目标化合物的洗脱液，室温挥发去除溶剂，得到所述式(I)所示的胶粘剂单体；所述碱性氧化铝色谱柱纯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑司雨，杨晋涛，周佳慧，
申请(专利权)人：平湖市浙江工业大学新材料研究院，
类型：发明
国别省市：