一種基于聚合物復合物制備高粘合性能水基膠黏劑的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水基膠黏劑制備技術領域，具體涉及一種通過溶液共混形成聚合物復合物，進而制備具有尚粘合性能的水基膠黏劑方法。這種水基膠黏劑可以應用于多種材料表面，如光學玻璃、金屬、木材、塑料等，對各種材料都有很強的膠接強度。
【背景技術】
[0002]由能分散或能溶解于水中的成膜材料制成的膠黏劑就是水基膠黏劑，也常常稱為水性膠黏劑。其中，成膜材料一般都是有機聚合物，動物膠、淀粉、糊精、血清蛋白、白蛋白、甲基纖維素及聚乙烯醇都屬于此類膠黏劑，還有一些酚醛與脲醛樹脂的可溶性中間體亦屬于此類。
[0003]水基膠黏劑并不是簡單地用水作分散介質代替溶劑型膠黏劑中的溶劑，水基膠黏劑與溶劑型膠黏劑的主要差別在于:溶劑型膠黏劑是以苯、甲苯等有機溶劑作為分散介質的均相體系，物相是連續的。水基膠黏劑是以水作為分散介質的非均相體系;溶劑型膠黏劑的分子質量較低以保持可涂覆性，而水基膠黏劑的粘度與分子質量無關，它的粘度不隨聚合物分子質量的改變有明顯差異，可把聚合物的分子質量做得較大以提高其內聚強度。
[0004]膠接強度(Bondingstrength)不僅僅是評價一種膠黏劑品質好壞的重要指標，而且幾乎是目前判斷一個膠接接頭是否可靠的唯一依據。為了定量的表征膠黏劑的強度，需要特定的方法對其進行檢測。在諸多強度表征方法中，搭接拉伸剪切測試(Lap sheartest)應用最為普遍:將膠黏劑粘在待粘合材料的一端，另一塊待粘合材料平行覆蓋，使兩塊待粘合材料平行粘接，粘接面積為S，在拉伸儀上進行拉伸試驗，測出斷裂時的最大應力Fmax。用最大應力除以粘接面積，S卩Fmax/S可計算出拉伸剪切強度(單位:Pa，一般用kPa或MPa)，通過比較拉伸剪切強度的大小可以衡量膠黏劑的膠接強度。(A waja F.；GilbertM.；Kelly G.；et al.Adhes1n of polymers[j].Prog Polym Sc1.2009,34:948)
[0005]聚合物復合物是基于靜電、氫鍵、配位鍵、主客體相互作用等分子間弱相互作用力而形成的超分子聚集體。聚合物復合物主要包括由聚陰陽離子形成的聚電解質-聚電解質復合物，不帶電荷的聚合物-聚合物復合物，聚合物-表面活性劑分子復合物以及聚合物-無機物復合物等。
[0006]聚合物在非化學等量的條件下復合，所形成的復合物表面含有豐富的剩余作用位點，這樣的復合物可以作為構筑基元方便地進行層層組裝構筑聚合物復合膜。與非復合的聚合物相比，聚合物復合物具有相對較大的尺寸，更加豐富的組成，并且聚合物復合物在溶液中的結構可以通過改變復合物的復合比例、溫度、溶液pH值以及離子強度等參數來進行調控。因此，利用聚合物復合物和與其具有相互作用的化學物質進行交替沉積可以容易地實現復合膜材料的快速構筑，而且聚合物復合物多樣可調的結構為層層組裝復合膜的結構調控提供了極大的空間。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種基于聚合物復合物制備高粘合性能的水基膠黏劑的方法。此水基膠黏劑制備方法簡便，僅通過溶液共混即可以得到聚合物復合物水凝膠，離心可得到致密的水基膠黏劑。這種水基膠黏劑是基于聚合物之間的多重弱相互作用而形成的，形成過程簡單高效，不涉及復雜的儀器和設備;制備過程中無需添加有機溶劑，無異味無毒環保，所用原料常見，價格低廉。這種水基膠黏劑可以應用于光學玻璃、金屬、木材、塑料等多種材料的粘合，并且具有很高的粘合強度，材料(除塑料外)表面無需進行預先處理或修飾，可直接粘接。本發明所制備出水基膠黏劑有望在廣泛的領域中得到應用。
[0008]本發明所述方法的步驟如下:
[0009](1)構筑溶液的制備:將聚合物溶于去離子水中，超聲20?60分鐘，加熱直至完全溶解，配成濃度為1.0?10.0mg/mL的聚合物溶液，用0.5?2M的鹽酸或氫氧化鈉水溶液調節pH值在1?8之間；然后將納米填料溶于去離子水中，超聲20?60分鐘，加熱至完全溶解，配成濃度為0.01?lmg/mL的納米填料溶液；
[0010](2)聚合物復合物溶液的制備:將步驟(1)得到的聚合物溶液及納米填料溶液以一定的滴速(1?10mL/min)混合在一起，納米填料質量用量是聚合物總質量用量的0?5%，上述混合過程充分攪拌，防止由于局部物質濃度過大而產生不均勻的復合；
[0011](3)水基膠黏劑的收集:將步驟(2)制得到的聚合物復合物靜置，使水凝膠充分析出，離心使聚合物復合物水凝膠作用更加充分，結構更加致密，棄去上清液即得到具有很高粘合性能的水基膠黏劑；
[0012]本發明所述的聚合物為透明質酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶中任意兩種或兩種以上的組合；當為兩種聚合物的組合時，其質量比為1:10?10:1;
[0013]本發明所述的納米填料為氧化石墨烯、碳納米管、蒙脫土或纖維素納米晶中的一種，粒徑在10?50納米之間；
[0014]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0015]1.工藝簡單，原料易得，成本低；
[0016]2.所用材料無毒，無需使用有機溶劑，環保；
[0017]3.可粘接多種基底材料，如光學玻璃、金屬(如鐵、招)、木材(包括家具用的木制材料)或被親水化處理過的塑料(如有機玻璃、聚四氟乙稀材料)等，大部分基底材料無需處理或修飾，可直接粘合。
[0018]本發明基于聚合物之間的多重弱相互作用制備聚合物復合物，實現了高粘合性能水基膠黏劑的制備。本方法中使用的聚合物復合物的制備方法，不需要采用復雜的儀器和原料，制備過程簡單高效，無需添加有機溶劑，無毒環保，所用原料常見，價格低廉。這種水基膠黏劑可以在多種類型的材料上使用，材料(除塑料外)表面無需進行預先處理或修飾，可直接粘接，干燥后具有很高的粘合強度。本發明利用快速簡便的制備方式，所制備出水基膠黏劑無毒環保并且具有很高的粘合性能，有望在廣泛的領域中得到應用。
【附圖說明】
[0019]圖1:基于聚合物復合物制備的水基膠黏劑的狀態照片，對應實施例1;
[0020]圖2:a)圖為鑷子取出小塊水基膠黏劑的狀態照片，b)圖為基于聚合物復合物制備的水基膠黏劑在常溫條件下對金屬有很強粘合力的狀態照片，對應實施例1;
[0021]圖3:基于聚合物復合物制備的水基膠黏劑粘合兩片鐵片的狀態照片，可應用于搭接拉伸剪切測試，對應實施例1;
[0022]圖4:基于聚合物復合物制備的水基膠黏劑粘合兩片木片的狀態照片，可應用于搭接拉伸剪切測試，對應實施例2;
[0023]圖5:基于聚合物復合物制備的水基膠黏劑粘合兩片玻璃片的狀態照片，粘合后的玻璃樣品兩側各固定一片鐵片，應用于搭接拉伸剪切測試，對應實施例3;
[0024]圖6:基于聚合物復合物制備的水基膠黏劑應用于不同基底時的拉伸剪切強度柱狀圖，由左向右依次對應鐵片、木條和玻璃，分別對應實施例1，2和3。
[0025]圖7:基于聚合物復合物制備的水基膠黏劑粘合兩片親水化處理的聚四氟乙烯薄片，可以掛載三個500g砝碼，掛重約1500g。
【具體實施方式】
[0026]以下通過一些實例來進一步闡明本發明的具體實施例和結果，而不是要用這些實施例來限制本發明。
[0027]實施例1
[0028]a.構筑溶液的制備:分別配制濃度為lmg/mL的聚丙烯酸PAA去離子水溶液10mL以及濃度為lmg/mL的聚乙烯基吡咯烷酮PVP0N去離子水溶液10mL，兩種溶液中所含有聚合物的質量比為1: 1，用1M的HC1水溶液調節聚合物溶液的pH值分別為4。
[0029]b.聚合物復合物的制備: