CN113493665A - 一种棕榈油基水下胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棕榈油基水下胶黏剂及其制备方法，属于高分子胶黏剂技术领域。以棕榈油为原料，合成棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯，并将其与丙烯酸异冰片酯共混，在光引发剂的作用下通过405nm紫外光光固化技术制得棕榈油基水下胶黏剂。本发明制备的棕榈油基水下胶黏剂环境友好，且具有很高的拉伸强度、拉伸断裂伸长率和水下胶结强度。

Description

一种棕榈油基水下胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子胶黏剂技术领域，具体涉及一种光固化棕榈油基水下胶黏剂及其制备方法。
背景技术
水下胶黏剂广泛用于工业和医药领域。然而，常用的水下胶黏为热固性材料，因为三维网状结构的热固性材料可以阻止水对胶黏剂胶结性能的破坏，但这也导致此类材料的胶结性能不可回复；热塑性的胶黏剂则具有可重复胶结、可瞬时胶结等优势，但此类热塑性胶黏剂存在胶结强度不够的问题；更重要的是，此类胶黏剂的胶结强度常依赖分子间作用力如氢键，容易被水破坏。基于这一类问题，本发明通过设计具有疏水分子的材料而形成疏水保护，达到保护氢键作用和水下高胶结强度的目的。
目前水下胶黏剂的制备成本高，主要采用石油基原料，这也极大地限制了其在市场上的竞争力。使用丰富、廉价的生物质资源可以解决成本高和大量使用石油基原材料的问题。近年来，由于对可再生资源的高度重视，许多生物基胶黏剂被开发应用。植物油的全球产量接近2亿吨，是一种很有应用前景的可再生资源，可用于生产低成本、高价值的生物基胶黏剂。棕榈油是世界上生产、消费和国际贸易规模最大的植物油。棕榈油原料具有可再生、来源丰富、低成本，棕榈人工林可集约栽培，因此具有良好的商业利用前景。植物油的基本结构是甘油三酯，基于此制备的胶黏剂含有较多的柔性链，导致胶黏剂的力学性能很差，即低伸长率、低强度和模量，常需要与刚性的共聚单体聚合才能满足性能要求。
因此，本发明以生物质棕榈油为原料，合成一种可光引发聚合的水下胶黏剂，此材料通过棕榈油单体与丙烯酸异冰片酯共聚，从而在胶黏剂内部构筑氢键结合，达到高的胶结强度，并设计利用棕榈油的疏水脂肪酸长链和疏水的丙烯酸异冰片酯的环状结构构建起疏水保护结构，来确保其水下胶黏性能，提供了一种生物质水下胶黏剂的制备方法，开拓了棕榈油资源的高效利用和新产品研发，可减少石油基产品的使用，有利于发展低碳经济。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光固化棕榈油基水下胶黏剂及其制备方法，解决了热塑性水下胶黏剂胶结性能差，且植物油胶黏剂力学性能差、制备工艺复杂等问题；制得的棕榈油基水下胶黏剂环境友好，且具有很高的拉伸强度、拉伸断裂伸长率和水下胶结强度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种棕榈油基水下胶黏剂的原料组成按摩尔份数计包括：丙烯酸异冰片酯（IBOA）4~5份、棕榈油丙烯基单体1份，光引发剂为混合物总质量的1~2%。
所述的棕榈油丙烯基单体是棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯(Palm oil fatty acid-ethyl acrylamide, POFA-EA)。
所述的棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯的分子结构式为：
Figure 180966DEST_PATH_IMAGE001
所述的光引发剂为苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。
所述的棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯是由环保、绿色的原料合成得到，合成过程为：将150g棕榈油和150ml四氢呋喃置于三口烧瓶；随后加入115g N-羟乙基丙烯酰胺、0.1g 2,6二甲基苯酚、5g氢氧化钠；随后，将烧瓶置于水浴锅中并磁力搅拌（转速150 r/min）、40℃反应16 h；反应产物分别经饱和食盐水反复提纯3~5次后，经旋转蒸发提纯，即得棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯。
一种棕榈油基水下胶黏剂的具体制备步骤如下：将IBOA、POFA-EA和光引发剂均匀混合后倒入四氟乙烯模具，在波长为405nm的紫外光照射下15~30s即可得到所述的胶黏剂。
本发明的有益效果在于：
1）本发明制备的棕榈油基水下胶黏剂是一类生物基含量高、不含有毒溶剂、环境友好的水下胶黏剂；该类胶黏剂具有很高的拉伸强度、拉伸断裂伸长率和水下胶结强度。同时，使用价格低廉、产量大、绿色无害的棕榈油为原料，通过光固化技术制备得到，提供了棕榈油利用的简单新方法。
2）本发明通过棕榈油单体与丙烯酸异冰片酯共聚，在胶黏剂内部构筑氢键结合，从而达到高的胶结强度，并利用棕榈油的疏水脂肪酸长链和疏水的丙烯酸异冰片酯的环状结构构建疏水保护结构，显著增加胶黏剂的耐水性，提供了一种生物质水下胶黏剂的制备方法。
附图说明
图1是棕榈油基水下胶黏剂的拉伸应力-应变曲线；其中，IBOA4表示以1mol POFA-EA和4mol IBOA共聚的胶黏剂；IBOA4.5表示以1mol POFA-EA和4.5mol IBOA共聚的胶黏剂；IBOA5表示以1mol POFA-EA和5mol IBOA共聚的胶黏剂。
图2是IBOA4.5棕榈油基胶黏剂的拉伸回复曲线。
图3是IBOA4.5棕榈油基胶黏剂在空气中的扯离强度和剪切强度。
图4是IBOA4.5的棕榈油基胶黏剂在水下的扯离强度和剪切强度。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
原料：棕榈油（PO）（熔点：18°C；酸值：0.16mg KOH/g）购自中国上海鼎芬化学科技有限公司；丙烯酸异冰片酯（IBOA）、N-(2-羟乙基)丙烯酰胺、2,6二甲基苯酚和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦购自上海晶纯（阿拉丁）实业有限公司；氯化钠、二氯甲烷、氢氧化纳和四氢呋喃均购自上海国药集团化学试剂有限公司。
实施例1
棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯的合成过程：将150g棕榈油和150ml四氢呋喃置于三口烧瓶中；随后加入115g N-羟乙基丙烯酰胺、0.1g 2,6二甲基苯酚、5g氢氧化钠；随后，将烧瓶置于水浴锅中并磁力搅拌（转速150 r/min）、40℃反应16h；反应产物分别经饱和食盐水反复提纯3~5次后，经旋转蒸发提纯，即得棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯。
水下胶黏剂的制备方法：将0.01mol (5.2g)棕榈油丙烯基单体、0.04mol (8.3g)丙烯酸异冰片酯和0.27g光引发剂混合均匀后倒入四氟乙烯模具，在波长为405nm的紫外光下照射15s使其固化。
所述制备过程中，棕榈油丙烯基单体与丙烯酸异冰片酯的用量比，按摩尔比计为1﹕4；引发剂的用量为混合物质量的2%。
实施例2
棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯的合成过程：将150g棕榈油和150ml四氢呋喃置于三口烧瓶；随后加入115g N-羟乙基丙烯酰胺、0.1g 2,6二甲基苯酚、5g氢氧化钠；随后，将烧瓶置于水浴锅中并磁力搅拌（转速150 r/min）、40℃反应16h；反应产物分别经饱和食盐水反复提纯3~5次后，经旋转蒸发提纯，即得棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯。
水下胶黏剂的制备方法：将0.01mol(5.2g)棕榈油丙烯基单体、0.045mol (9.4g)丙烯酸异冰片酯和0.4g光引发剂混合均匀后倒入四氟乙烯模具，在波长为405nm的紫外光下照射15s使其固化。
所述制备过程中，棕榈油丙烯基单体与丙烯酸异冰片酯的用量比，按摩尔比计为1﹕4.5；引发剂的用量为混合物质量的2%。
实施例3
棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯的合成过程：将150g棕榈油和150ml四氢呋喃置于三口烧瓶；随后加入115g N-羟乙基丙烯酰胺、0.1g 2,6二甲基苯酚、5g氢氧化钠；随后，将烧瓶置于水浴锅中并磁力搅拌（转速150 r/min）、40℃反应16h；反应产物分别经饱和食盐水反复提纯3~5次后，经旋转蒸发提纯，即得棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯。
水下胶黏剂的制备方法：将0.01mol (5.2g)棕榈油丙烯基单体、0.05mol (10.4g)丙烯酸异冰片酯和0.4g光引发剂混合均匀后倒入四氟乙烯模具，在波长为405nm的紫外光下照射15s使其固化。
所述制备过程中，棕榈油丙烯基单体与丙烯酸异冰片酯的用量比，按摩尔比计为1﹕5；引发剂的用量为混合物质量的2%。
水下胶黏剂力学性能测试：
拉伸性能测试：胶黏剂制成哑铃型试样（规格：长80mm，两端宽10mm，中间宽5mm，厚度1.5mm）；拉伸性能测试依据GB1447-05标准进行。在微机控制电子万能试验机上以50mm /min的速度拉伸。
搭接胶合强度测试：将胶黏剂夹在选定的两块基材之间，置于水中或空气中。将粘接的板材夹在万能试验机上，以10mm /min的速度拉伸。胶接强度是通过测量的最大载荷除以胶结面积来计算的。
棕榈油基水下胶黏剂的拉伸性能：
由图1可知，以POFA-EA和IBOA共聚的棕榈油基水下胶黏剂，IBOA4、IBOA4.5和IBOA5的拉伸应力分别为0.25MPa、0.60MPa和0.64MPa；拉伸应变分别为155%、314%和240%。
由图2可知，以IBOA4.5比例的棕榈油基水下胶黏剂有较好的回复性，在拉伸5个循环之后，回复2h，其应力可以回复到0.40MPa，为初始强度的82%。
由图3可知，以IBOA4.5比例的棕榈油基水下胶黏剂，在空气中拥有较好的胶接强度，胶黏剂对金属、木头、聚四氟乙烯、玻璃和塑料的扯离强度分别是180kPa、153kPa、123kPa、136kPa和130kPa；剪切强度分别为107kPa、99kPa、76kPa、76kPa和82kPa。
由图4可知，以IBOA4.5比例的棕榈油基水下胶黏剂，在水下拥有较好的胶接强度，胶黏剂对金属、木头、聚四氟乙烯、玻璃和塑料的扯离强度分别是173kPa、104kPa、121kPa、130kPa和133kPa；剪切强度分别为95kPa、76kPa、71kPa、72kPa和78kPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种棕榈油基水下胶黏剂，其特征在于：主要原料按摩尔份数计：丙烯酸异冰片酯4~5份、棕榈油丙烯基单体1份；光引发剂为主要原料混合物质量的1~2%。
2.根据权利要求1所述的棕榈油基水下胶黏剂，其特征在于：所述的棕榈油丙烯基单体是棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯；所述的光引发剂是苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。
3.根据权利要求2所述的棕榈油基水下胶黏剂，其特征在于：所述的棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯的合成过程为：将150g棕榈油和150mL四氢呋喃混合，加入115g N-羟乙基丙烯酰胺、0.1g 2,6二甲基苯酚和5g氢氧化钠；磁力搅拌、40℃水浴反应16 h；反应产物用饱和食盐水反复清洗3~5次后，经旋转蒸发提纯，得到棕榈油脂肪酸丙烯酰胺乙酯。
4.一种制备如权利要求1所述的棕榈油基水下胶黏剂的方法，其特征在于：通过紫外光固化引发单体聚合方式制得，具体步骤如下：将丙烯酸异冰片酯和棕榈油丙烯基单体和光引发剂混合均匀后，在波长为405nm的紫外光下照射15~30s，得到所述的胶黏剂。
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