一种儿茶酚改性聚乙烯亚胺水性胶粘剂及其合成方法

技术领域

本发明属于胶粘剂技术领域，具体涉及一种受昆虫硬化启发的儿茶酚改性聚乙烯亚胺水性胶粘剂及其合成方法。

背景技术

海洋贻贝或被囊动物中发现的酚胺协同作用激发了研究人员开发与材料无关的表面化学和医用软粘合剂(Science,2015,349,628)。例如包括表面化学(Science,2007,318,4260)中的聚多巴胺涂层以及儿茶酚和没食子酸栓系软粘合剂。从仿生粘合聚合物中观察到的粘附力通常在kPa范围内(Advanced Materials,2020,32,2002118)：透明质酸-邻苯二酚(0.8kPa)，聚谷氨酸-邻苯二酚(26.1-58.2kPa)，聚甲基丙烯酰胺-邻苯二酚(10-300kPa)，甲壳素没食子酸(215kPa)。使用含邻苯二酚的聚合物可以实现MPa级粘附，但它们是不溶于水的有机溶剂胶水(Advanced Functional Materials,2014,24，3259)。显示出超高粘合强度的生物启示水性和生物相容性粘合剂的研究鲜有报道。由此可见，开发具有仿生性质的环保强力胶粘剂，亟待探索新途径以实现水溶性和消除污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，而提供一种儿茶酚改性聚乙烯亚胺水性胶粘剂及其合成方法。

为实现上述目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种儿茶酚改性聚乙烯亚胺水性胶粘剂，由聚乙烯亚胺和3,4-二羟基苯甲醛合成，聚乙烯亚胺与3,4-二羟基苯甲醛的质量比R值为5.0～7.0。

进一步地，所述聚乙烯亚胺与3,4-二羟基苯甲醛的质量比R值优选为6.0。

进一步地，所述聚乙烯亚胺的重均分子量为30000～100000g/mol，优选为70000g/mol。

本发明还公开了所述儿茶酚改性聚乙烯亚胺水性胶粘剂的合成方法，具体步骤如下：(1)在装有机械搅拌器的干燥的三口玻璃烧瓶中加入质量分数为30～70％的聚乙烯亚胺水溶液，用旋片式真空泵抽真空，除去瓶中的空气，向三口玻璃烧瓶中充入氩气或氮气；(2)称取1克3,4-二羟基苯甲醛，溶于乙醇溶液，加入三口玻璃烧瓶中，持续通入氩气或氮气进行保护，室温下持续搅拌12～24小时，出料得到儿茶酚改性聚乙烯亚胺水性胶粘剂。

进一步地，所述儿茶酚改性聚乙烯亚胺水性胶粘剂，80℃粘接环氧、钢板、铝板和木板的剪切强度分别大于3.2MPa、3.2MPa、3.7MPa和4.2MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1)基于海洋贻贝或被囊动物中发现的酚胺协同作用的仿生策略，巧妙运用芳香共轭醛与伯胺基的席夫碱反应进行化学接枝，提升了胶粘剂粘附力；2)原料来源广泛，合成步骤简单，由于它的水性特点，不会因为任何挥发性有机化合物的释放而产生有害影响，水性环保。胶粘剂的制备简单、成本效益高，有望用于工业、生物医学领域的环保性粘接。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例及对比例中实验所用的原料如下，但是不限于以下原料，本发明只是以以下原料为具体例子来进一步具体说明本发明中所述儿茶酚改性聚乙烯亚胺水性胶粘剂的效果：

聚乙烯亚胺：PEI，重均分子量为70000g/mol，毕得医药。

3,4-二羟基苯甲醛(DBA)，3-羟基苯甲醛，上海毕得。

粘接性能评估：参考ISO 4587-2003进行拉伸剪切强度试验，将粘接样品在80℃下烘烤48小时，使水分被充分烘干。

本发明设置实施例1～3和对比例1～3，投料当量份以及所得胶粘剂进行性能评估，评估结果如表1所示。

实施例1～3和对比例1～3的合成方法包括如下步骤：向反应器中加入质量分数为50％的聚乙烯亚胺水溶液，抽真空除去空气，充入氩气或氮气；实施例1～3和对比例1～2称取3,4-二羟基苯甲醛，对比例3称取3-羟基苯甲醛，溶于乙醇溶液，加入反应器中，持续通入氩气或氮气进行保护，室温下持续搅拌24小时，出料得产物。

表1实施例1～3和对比例1～3的投料当量份以及所得胶粘剂的性能

从实施例1～3可以看出，在PEI/DBA的比值范围内，该水性胶粘剂对四种基材具有显著的粘连，剪切强度均较高；对比例1～2的质量比超出范围，粘接性能明显下降，对比例3采用单酚羟基的化合物进行接枝，粘接性大幅降低；说明聚乙烯亚胺和3,4-二羟基苯甲醛的质量比以及儿茶酚基团均对提升粘接能力至关重要。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。