CN112500818B - 胶粘剂及其制备方法和胶带 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种胶粘剂及其制备方法和胶带。胶粘剂，其原料以重量份数计算，包括：含有三氟甲基官能团的单体10‑70份、咪唑类离子液体化合物10‑70份和引发剂1‑5份。胶粘剂的制备方法，包括：将所述原料混合，反应得到所述胶粘剂。胶带，包括基材以及设置在所述基材表面的所述的胶粘剂。本申请提供的胶粘剂，是依赖于离子液体所构建的胶粘剂体系，利用聚合物链与离子液体之间或链本身之间的离子偶极相互作用，可以提高胶粘剂的内聚力，同时离子液体的引入大大提高了与不同基材的粘附力尤其是低表面能基材具有较好的粘接性能；具备高透明性以及较好的耐水性和耐候性。

Description

胶粘剂及其制备方法和胶带
技术领域
本发明涉及粘结材料领域，尤其涉及一种胶粘剂及其制备方法和胶带。
背景技术
胶粘剂以其高粘接强度、轻量、柔韧性好等优点使其有望逐步取代焊接和机械紧固等工业连接方法。近年来，其在汽车装配，电子器件，包装和医疗等领域的份额也逐渐扩大。
传统胶粘剂与基材之间粘附力通常依赖的非共价键相互作用包括氢键、离子键、偶极-偶极相互作用、主客体相互作用等。胶接体系的破坏通常分为以下三种：界面破坏，内聚破坏和混合破坏。而以上所述相互作用很容易受到水的干扰而大大削弱，原因在于水可以作为氢的供体/受体或配体来大大削弱以上所述相互作用。此外，低表面能基材很难与上述非共价键构建较强的相互作用力，因此胶粘剂往往容易在其被粘基材表面失效从而使胶粘性能大大下降。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种胶粘剂及其制备方法和胶带，以解决上述问题。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
一种胶粘剂，其原料以重量份数计算，包括：
含有三氟甲基官能团的单体10-70份、咪唑类离子液体化合物10-70份和引发剂1-5份。
可选地，所述胶粘剂的原料中，以质量百分比计算，含有三氟甲基官能团的单体的用量可以为10份、20份、30份、40份、50份、60份、70份以及10％-70％之间的任一值；咪唑类离子液体化合物的用量可以为10份、20份、30份、40份、50份、60份、70份以及10-70份之间的任一值；引发剂的用量可以为1份、2份、3份、4份、5份以及1-5份之间的任一值。
优选地，所述含有三氟甲基官能团的单体包括丙烯酸六氟丁酯、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯、2,2,3,3-四氟丙基甲基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基丙烯酸酯、2,2,3,4,4,4-六氟丁基甲基丙烯酸酯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种；
优选地，所述原料以重量份数计算，还包括丙烯酸类单体10-70份；
优选地，所述丙烯酸类单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、2-氰基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、二氨基乙基甲基丙烯酸酯和丙烯酸中的一种或多种。
可选地，丙烯酸类单体的用量可以为10份、20份、30份、40份、50份、60份、70份以及10-70份之间的任一值。
优选地，所述咪唑类离子液体化合物包括非反应型咪唑类离子液体和/或反应型咪唑类离子液体；
优选地，所述非反应型咪唑类离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-辛基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-甲基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丁基-2,3二甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种；
优选地，所述反应型咪唑类离子液体包括1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐中的一种或多种。
优选地，所述引发剂包括光引发剂；
优选地，所述光引发剂包括2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、2-异丙基硫杂蒽酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、4-二甲胺基-苯甲酸乙酯和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。
优选地，所述引发剂包括热引发剂；
优选地，所述热引发剂包括偶氮二异丁腈和/或过氧化苯甲酰。
优选地，以质量百分比计算，所述原料还包括交联剂0.1-5份；
优选地，所述交联剂包括聚(乙二醇)二丙烯酸酯、聚(乙二醇)二丙烯酸甲酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯和1,3-丙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
可选地，所述原料中，所述交联剂的用量可以为0.1份、0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份以及0.1-5份之间的任一值。
本申请还提供一种所述的胶粘剂的制备方法，包括：
将所述原料混合，反应得到所述胶粘剂。
优选地，所述引发剂为光引发剂，所述反应在光照条件下进行；
优选地，所述光照使用的光为紫外光，所述光照的时间为0.5h-2h；
优选地，所述混合之后、所述反应之前还包括真空脱气；
优选地，所述引发剂为热引发剂，所述反应在加热条件下进行；
优选地，所述加热的时间为1h-24h。
优选地，所述反应的具体过程包括：
将反应型咪唑类离子液体合成为咪唑类聚离子液体，然后与所述含有三氟甲基官能团的单体、丙烯酸类单体和所述引发剂反应得到所述胶粘剂；或者，
将所述含有三氟甲基官能团的单体、丙烯酸类单体聚合，然后与所述咪唑类离子液体化合物、所述引发剂反应得到所述胶粘剂；或者，
将所述含有三氟甲基官能团的单体、丙烯酸类单体、所述咪唑类离子液体化合物和所述引发剂混合，反应得到所述胶粘剂。
可选地，所述光照的时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h以及0.5h-2h之间的任一值；所述加热的时间可以为1h、6h、10h、12h、18h、20h、24h以及1h-24h之间的任一值。
本申请还提供一种胶带，包括基材以及设置在所述基材表面的胶粘剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本申请提供的胶粘剂，利用聚合物单体中所含的三氟甲基与离子液体化合物中的咪唑阳离子间的离子-偶极相互作用来构建；通过聚合物体系中咪唑类阳离子与三氟甲基官能团之间的离子偶极相互作用，保证了胶粘剂的内聚性能；同时利用含氟聚合物和阴阳离子电解质基团与基材本身的非共价键相互作用，从而进一步保证了胶粘剂在不同基材的胶粘性能；
进一步地，对于离子液体基胶粘剂，通过优化丙烯酸类单体含量与离子偶极相互作用，提升胶粘剂的粘接性能；
进一步地，对于聚离子液体基胶粘剂，通过含有三氟甲基官能团的单体、咪唑类离子液体、丙烯酸单体和引发剂的配合，形成聚离子液体，在聚合物骨架上拥有重复的阴阳离子电解质基团，结合了离子液体和聚合物的优点，利用聚合物链之间和链本身之间的缠结，避免了长期使用过程中离子液体的渗出，保证了胶粘剂性能的长期稳定性；
本申请提供的胶粘剂的制备方法，工艺简单；
本申请提供的胶带，具有较好的粘接性能、高透明性以及较好的耐水性和耐候性。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
2.0g离子液体单体1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和9.4mg1-羟基环己基苯基甲酮混合均匀，真空脱气30s后将其涂敷在带有模具的基材后通过紫外固化。之后将聚1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐溶解于5mL丙酮与4.0g丙烯酸六氟丁酯、4.0g甲基丙烯酸甲酯和116mg1-羟基环己基苯基甲酮混合均匀，均匀涂覆在基材后将溶剂挥发，之后通过紫外固化。光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
实施例2
1.2g丙烯酸六氟丁酯、1.2g甲基丙烯酸甲酯和35mg1-羟基环己基苯基甲酮混合均匀，真空脱气30s后将其涂敷在带有模具的基材后通过紫外固化。将上述合成的共聚物溶解在5mL丙酮后与1.2g离子液体单体1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和5.7mg1-羟基环己基苯基甲酮混合均匀，之后均匀涂覆在基材后将溶剂挥发，随后通过紫外固化。光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
实施例3
0.3g离子液体单体1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、0.7g丙烯酸六氟丁酯和7.5mg1-羟基环己基苯基甲酮混合均匀，真空脱气30s后将其涂敷在带有模具的基材后通过紫外光固化。紫外光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
实施例4
0.3g离子液体单体1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、0.5g丙烯酸六氟丁酯、0.2g甲基丙烯酸酯和9.8mg 1-羟基环己基苯基甲酮混合均匀，真空脱气30s后将其涂敷在带有模具的基材后通过紫外固化。光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
实施例5
将1.2g丙烯酸六氟丁酯、0.6g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1.2g甲基丙烯酸甲酯和35mg1-羟基环己基苯基甲酮(PI184)混合均匀，真空脱气30s后将前体液涂敷在基材后通过紫外固化。紫外光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
实施例6
将2.4g丙烯酸六氟丁酯、1.2g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、2.4g甲基丙烯酸甲酯和56mg偶氮二异丁腈混合均匀后加入圆底烧瓶，通入氮气鼓泡5min，之后在搅拌情况下逐步升温至60℃，反应30min后将前体液涂覆在基材后继续热固化24h，热固化温度为80℃。
实施例7
将1.2g 2,2,3,4,4,4-六氟丁基甲基丙烯酸酯、0.6g1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1.2g甲基丙烯酸甲酯和35mg1-羟基环己基苯基甲酮(PI184)混合均匀，真空脱气30s后将前体液涂敷在基材后通过紫外固化。紫外光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
实施例8
将2.4g丙烯酸六氟丁酯、1.2g1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、2.4g甲基丙烯酸甲酯、48mg聚(乙二醇)二丙烯酸酯和70mg1-羟基环己基苯基甲酮(PI184)混合均匀，真空脱气30s后将前体液涂敷在基材后通过紫外固化。紫外光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
对比例1
以型号为JD10MM3M的商用3M双面胶作为对比。
对比例2
将2.4g丙烯酸六氟丁酯、1.2g1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和21mg1-羟基环己基苯基甲酮(PI184)混合均匀，真空脱气30s后将前体液涂敷在基材后通过紫外固化。紫外光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
对比例3
将1.2g 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、2.4g甲基丙烯酸甲酯和49mg1-羟基环己基苯基甲酮(PI184)混合均匀，真空脱气30s后将前体液涂敷在基材后通过紫外固化。紫外光固化条件设定为：光源功率密度为50mW/cm2，时间1h。
测试实施例1-10和对比例1-3得到的胶粘剂在特氟龙和玻璃上的搭接剪切强度，结果如下表1所示：
表1测试结果
项目 特氟龙 玻璃 透明度/％
实施例1 0.17MPa 0.99MPa 98
实施例2 0.43MPa 0.57MPa 98
实施例3 0.12MPa 24kPa 不透明
实施例4 0.63MPa 1.54MPa 不透明
实施例5 0.80MPa 2.07MPa 97
实施例6 0.39MPa 0.62MPa 96
实施例7 0.55MPa 1.20MPa 96
实施例8 0.57MPa 1.25MPa 96
对比例1 48kPa 350kPa 不透明
对比例2 <1kPa 5.0kPa 95
对比例3 46kPa 0.67MPa 96
相对于例如玻璃的高极性表面，本申请提供的胶粘剂的搭接剪切强度最高可达2.30MPa，是传统3M两面胶的6.6倍。对于例如特氟龙的低极性表面，本申请提供的胶粘剂的搭接剪切强度可保持为高极性表面的40-90％，而传统的3M两面胶只能维持原有的13％。具体的，商用3M两面胶能够很好的粘结富含羟基的高表面能表面，搭接剪切强度可达到350kPa，对于例如特氟龙的低表面能表面，商用3M两面胶的搭接剪切强度有着很大的下降，从原有的350kPa降低为48kPa。原因在于商用双面胶很难与特氟龙等低表面能表面形成较强的非共价键相互作用。本申请提供的胶粘剂在可见光范围透明度可达到大于95％。通过离子偶极相互作用，该胶粘剂具备优异的自修复能力；同时该胶粘剂在可见光范围内高度透明，且在水下能够长期保证粘接性能，可长期在水下浸泡，仍能保持其胶粘性能(将胶粘剂粘合的基材置于水下长达一周，其搭接剪切强度依然可保持原有的90-100％)。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种胶带，其特征在于，包括基材以及设置在所述基材表面的胶粘剂；所述胶粘剂的原料以重量份数计算，包括：
含有三氟甲基官能团的单体10-70份、反应型咪唑类离子液体化合物10-70份和引发剂1-5份；
所述含有三氟甲基官能团的单体包括丙烯酸六氟丁酯、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基丙烯酸酯、2,2,3,4,4,4-六氟丁基甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述反应型咪唑类离子液体包括1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述引发剂包括光引发剂；所述光引发剂包括2,4,6（三甲基苯甲酰基）二苯基氧化膦、2-异丙基硫杂蒽酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、4-二甲胺基-苯甲酸乙酯和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述引发剂包括热引发剂；
所述热引发剂包括偶氮二异丁腈和/或过氧化苯甲酰。
5.根据权利要求1-4任一项所述的胶带，其特征在于，以重量份数计算，所述原料还包括交联剂0.1-5份；
所述交联剂包括聚(乙二醇)二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯和1,3-丙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的胶带，其特征在于，所述胶粘剂的制备方法包括：
将所述原料混合，反应得到所述胶粘剂。
7.根据权利要求6所述的胶带，其特征在于，所述引发剂为光引发剂，所述反应在光照条件下进行；
所述光照使用的光为紫外光，所述光照的时间为0.5h -2h；
所述混合之后、所述反应之前还包括真空脱气。
8.根据权利要求6所述的胶带，其特征在于，所述引发剂为热引发剂，所述反应在加热条件下进行；
所述加热的时间为1h -2h。
9.一种胶带，其特征在于，包括基材以及设置在所述基材表面的胶粘剂；所述胶粘剂的原料以重量份数计算，包括：
含有三氟甲基官能团的单体10-70份、咪唑类离子液体化合物10-70份、丙烯酸类单体10-70份和引发剂1-5份；
所述含有三氟甲基官能团的单体包括丙烯酸六氟丁酯、2,2,3,3,3-五氟丙基甲基丙烯酸酯、2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基丙烯酸酯、2,2,3,4,4,4-六氟丁基甲基丙烯酸酯中的一种或多种；所述丙烯酸类单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、2-氰基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、二氨基乙基甲基丙烯酸酯和丙烯酸中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的胶带，其特征在于，所述咪唑类离子液体化合物包括非反应型咪唑类离子液体和/或反应型咪唑类离子液体；
所述非反应型咪唑类离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-辛基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-甲基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丁基-2,3二甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种；
所述反应型咪唑类离子液体包括1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-丁基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-乙基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐中的一种或多种。
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