CN113817432B - 一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113817432B
CN113817432B CN202111043885.XA CN202111043885A CN113817432B CN 113817432 B CN113817432 B CN 113817432B CN 202111043885 A CN202111043885 A CN 202111043885A CN 113817432 B CN113817432 B CN 113817432B
Authority
CN
China
Prior art keywords
underwater
adhesive
pdms
isocyanate
course
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111043885.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113817432A (zh
Inventor
黄�俊
闫勇敢
魏鲁星
邱晓勇
崔辛
刘含莲
黄传真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202111043885.XA priority Critical patent/CN113817432B/zh
Publication of CN113817432A publication Critical patent/CN113817432A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113817432B publication Critical patent/CN113817432B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J175/00—Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/02—Polyureas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/61—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2400/00—Presence of inorganic and organic materials
    • C09J2400/10—Presence of inorganic materials
    • C09J2400/16—Metal
    • C09J2400/163—Metal in the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2475/00—Presence of polyurethane

Abstract

本发明涉及一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用，利用异氰酸酯、氨基化的聚二甲基硅氧烷为材料，以有机溶剂为介质，制备出了新型高强度水下粘接剂。该粘接剂在水下粘接基片时，以共价键交联为主，氢键作用力和物理作用力为辅，可以全程水下粘接多种基材，粘接范围广，可以全程水下粘接多种基材，包括金属材料(如铁片)、无机非金属材料、有机材料和低表面能材料等。粘接强度高，最大水下粘接强度可达2.8MPa，可以满是实际工程中的应用需求，也能够在高盐的水溶液中使用，也适用于海水环境，适用范围宽。

Description

一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用，属于水下粘接技术领域。
背景技术
粘接剂广泛应用于生活、工业以及军事领域，然而普通粘接剂或者胶水很难直接用于水下粘接。基体材料在水中时，其表面会形成水分子层，该水层水分子会阻止粘接剂与基体表面进一步形成界面力，从而使普通粘接剂或胶水在水中丧失功能。然而，水下粘接材料在许多领域具有重要的应用价值，比如海洋中工程领域的粘接、生物医学中液态组织环境中的粘接等。受海洋生物如贻贝的启发，目前许多水下粘接材料已经被研制成功，然而这些水下粘接剂大多基于静电作用力、氢键、疏水作用力等非共价键，其最高粘接强度小于1Mpa，很难满足实际工程中应用需求，尤其是无法适用于海水环境。
如中国专利文献CN112279961A公开了一种在水下具有强粘附力的光响应粘接剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将环氧茶油单体、胸腺嘧啶丙烯酸酯单体、腺嘌呤丙烯酸酯单体混合后用溶剂溶解，然后加入聚合引发剂；(2)冻融循环除去氧气，充入氮气，在75℃反应2h，纯化，即制得光响应水下粘接剂。该方法采用一锅法引入核碱基之间的氢键作用，粘接强度小。
传统的异氰酸酯只能应用在干燥基材上，难以满足潮湿和水下环境的工程应用需求，因此，有必要研发一种基于异氰酸酯的新型高强度水下粘接材料，粘接强度大，能实现全程水下粘接。
发明内容
为了解决传统水下粘接材料单纯基于静电作用力、氢键、疏水作用力等非共价键所获得的粘接强度低（< 1Mpa），无法满足实际工程中应用需求的问题。本发明提供一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用。
本发明利用异氰酸酯、氨基化的聚二甲基硅氧烷为材料，以有机溶剂为介质，制备出了新型高强度水下粘接剂。该粘接剂在水下粘接基片时，以共价键交联为主，氢键作用力和物理作用力为辅，可以全程水下粘接多种基材，包括金属材料（如铁片）、无机非金属材料（如玻璃）、有机材料（如聚苯乙烯PET）和低表面能材料（如聚四氟乙烯PTFE）等。其中最大水下粘接强度可达2.8 MPa，可以满是实际工程中的应用需求。
超强全程水下粘接剂：全程水下粘接且强度大于1.5MPa。
为达到以上目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种超强全程水下粘接剂的制备方法，包括步骤：
（1）将官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS溶于有机溶剂中，磁力搅拌20-40min，混合均匀，制得溶液1；
（2）向溶液1中加入异氰酸酯，异氰酸酯的异氰酸根和官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS发生反应，然后缓慢交联，形成长链高分子，得到超强全程水下粘接剂。
根据本发明优选的，步骤（1）中，官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS为氨基化的PDMS或羟基化的PDMS。
根据本发明优选的，步骤（1）中，官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS为氨基化的PDMS，氨基化的PDMS分子量为3000 ~ 30000。
根据本发明优选的，步骤（1）中，官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS与有机溶剂的质量比（1-4）：（1-5）。
根据本发明优选的，步骤（1）中，所述的有机溶剂为四氢呋喃、乙醇或丙酮。
根据本发明优选的，步骤（2）中，异氰酸酯与官能团化的PDMS的摩尔比为（1-4）：（1-5）。
进一步优选的，异氰酸酯与官能团化的PDMS的摩尔比为（1-4）：1。
进一步优选的，异氰酸酯与官能团化的PDMS的摩尔比为（1-2）：1。
最为优选的，异氰酸酯与官能团化的PDMS的摩尔比为1：1。
本发明优选的，异氰酸酯的摩尔量对粘结强度的提升至关重要，异氰酸酯的摩尔量等于或大于官能团化的PDMS的摩尔量，本发明的粘接剂粘接强度比较高。
根据本发明优选的，步骤（2）中，异氰酸酯为含有异氰酸根基团的异氰酸酯。
进一步优选的，步骤（2）中，异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。
根据本发明优选的，步骤（2）中，加入异氰酸酯反应后，磁力搅拌10-30min，然后再超声震动5-15min，真空除去气泡，得到超强全程水下粘接剂。
本发明利用异氰酸酯、氨基化的聚二甲硅氧烷(PDMS)为材料，以有机溶剂为介质，通过异氰酸酯中的异氰酸根(-N=C=O)和PDMS两端的氨基(-NH2)自由反应，得到超强全程水下粘接剂。该水下粘接剂可以全程水下粘接多种基材，包括金属材料（如铁片）、无机非金属材料、有机材料和低表面能材料等。该超强全程水下粘接在水下粘接基片时，以共价键交联为主，氢键作用力和物理作用力为辅，粘接强度高，最大水下粘接强度可达2.8 MPa，可以满是实际工程中的应用需求。能够在高盐的水溶液中使用，也适用于海水环境。
一种超强全程水下粘接剂，采用上述方法制得。
一种超强全程水下粘接剂的应用，用于全程水下粘接基材，所述的基材为金属基材、无机非金属基材、有机基材或低表面能基材，最大水下粘接强度高达2.8 MPa。
根据本发明优选的，金属基材为铁片、铜片、铂片或铝片。
根据本发明优选的，无机非金属基材为玻璃。
根据本发明优选的，有机基材为聚苯乙烯PET。
根据本发明优选的，低表面能基材为聚四氟乙烯PTFE。
本发明的超强全程水下粘接剂可以用于同类基材之间的粘接，也可以用于不同基材之间的粘接。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的粘接剂粘接基材时以共价键交联为主，氢键作用力和物理作用力为辅，实现了全程水下粘接。
2、本发明的粘接剂粘接范围广，可以全程水下粘接多种基材，包括金属材料（如铁片）、无机非金属材料、有机材料和低表面能材料等。
3、本发明的粘接剂粘接强度高，最大水下粘接强度可达2.8 MPa，可以满是实际工程中的应用需求。
4、本发明的粘接剂能够在高盐的水溶液中使用，也适用于海水环境，适用范围宽。
5、本发明粘接剂的应用操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
附图说明
图1为实施例1-4制得的粘接剂对铁的粘接强度性能图；
图2为实施例2制得的粘接剂对不同材料的粘接性能图；
图3为实施例2制得的粘接剂在不同盐溶液浓度下对铁片的粘接性能图；
图4为实施例2制得的粘接剂对铁的全程水下粘接过程图；
图5为实施例2制得的粘接剂对不同材料的全程水下粘接过程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
一种超强全程水下粘接剂的制备方法，包括步骤：
将3 g氨基化的PDMS（分子量为3000）溶于3.084 g四氢呋喃中制成溶液1，然后将0.084 g六亚甲基二异氰酸酯溶于溶液1中，磁力搅拌20min，然后再超声震动10min，真空除去气泡，获得超强全程水下粘接剂。
以铁为测试样品，利用该实施例进行室温下（25 ℃）的垂直粘接测试，粘接剂固化时间为24小时，利用拉伸机测试粘接强度，所测得粘接强度为 160 ± 50 kPa，即0.16 ±0.050 MPa，如图1所示。
实施例2
一种超强全程水下粘接剂的制备方法，包括步骤：
将3 g氨基化的PDMS（分子量为3000）溶于3.168 g四氢呋喃溶液中制成溶液1，然后将0.168 g 六亚甲基二异氰酸酯溶于溶液1中。磁力搅拌20min，然后再超声震动10min，真空除去气泡，获得超强全程水下粘接剂。
以铁为测试样品，利用该实施例进行室温下（25 ℃）的垂直粘接测试，粘接剂固化时间为24小时，利用拉伸机测试粘接强度，所测得粘接强度为 1740 ± 550 kPa，即1.74± 0.55 MPa，如图1所示。
以该实施例中的粘接剂，对不同材料进行粘接测试，结果如图2所示，测试结果：对铁的粘接强度为1740 ± 550 kPa （即1.74 ± 0.55 MPa），对玻璃的粘接强度为1160 ±115 kPa （即1.16 ± 0.115 MPa），对聚苯乙烯的粘接强度为2800 ± 600 kPa （即2.8 ±0.6 MPa），对聚四氟乙烯的粘接强度为163 ± 47 kPa （即0.163 ± 0.047 MPa）。
以铁为测试样品，以该实施例中的粘接剂，测试在不同盐溶液中的粘接强度，结果如图3所示。测试结果：在水中粘接强度为1740 ± 550 kPa （即1.74 ± 0.55 MPa），在0.1M NaCl溶液中粘接强度为536 ± 120 kPa （即0.536 ± 0.12 MPa），在1 M NaCl溶液中粘接强度为700 ± 240 kPa （即0.7 ± 0.24 MPa），在5 M NaCl溶液中粘接强度为635±200 kPa （即0.635 ± 0.2 MPa）。说明本发明的粘接剂能够在高盐的水溶液中也具有较高的粘接强度，耐盐性强。
以铁为测试样品，利用该实施例在水下进行粘接，全程水下粘接过程如图4所示，通过图4可以看出，本发明可以实现全程水下粘接。
对不同材料进行粘接测试，利用该实施例在水下进行粘接，全程水下粘接过程如图5所示，通过图5可以看出，本发明可以对不同材料实现全程水下粘接。
实施例3
一种超强全程水下粘接剂的制备方法，包括步骤：
将3 g氨基化的PDMS（分子量为3000）溶于3.336 g四氢呋喃溶液中制成溶液1，然后将0.336 g 六亚甲基二异氰酸酯溶于溶液1中。磁力搅拌20min，然后再超声震动10min，真空除去气泡，获得超强全程水下粘接剂。
以铁为测试样品，利用该实施例进行室温下（25 ℃）的垂直粘接测试，粘接剂固化时间为24小时，利用拉伸机测试粘接强度，所测得粘接强度为 1700 ± 510 kPa，即1.7 ±0.51 MPa，如图1所示。
实施例4
一种超强全程水下粘接剂的制备方法，包括步骤：
将3 g氨基化的PDMS（分子量为3000）溶于3.672 g四氢呋喃溶液中制成溶液1，然后将0.672 g 六亚甲基二异氰酸酯溶于溶液1中。磁力搅拌20min，然后再超声震动10min，真空除去气泡，获得超强全程水下粘接剂。
以铁为测试样品，利用该实施例进行室温下（25 ℃）的垂直粘接测试，粘接剂固化时间为24小时，利用拉伸机测试粘接强度，所测得粘接强度为 1850 ± 350 kPa，即1.85± 0.35 MPa，如图1所示。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

Claims (7)

1.一种超强全程水下粘接剂的制备方法，包括步骤：
（1）将官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS溶于有机溶剂中，磁力搅拌20-40min，混合均匀，制得溶液1；官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS为氨基化的PDMS，氨基化的PDMS分子量为3000 ~ 30000；
（2）向溶液1中加入异氰酸酯，异氰酸酯与官能团化的PDMS的摩尔比为（1-4）：1，异氰酸酯的异氰酸根和官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS发生反应，然后缓慢交联，形成长链高分子，得到超强全程水下粘接剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，官能团化的聚二甲基硅氧烷PDMS与有机溶剂的质量比（1-4）：（1-5）。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的有机溶剂为四氢呋喃、乙醇或丙酮。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，异氰酸酯与官能团化的PDMS的摩尔比为（1-2）：1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯；加入异氰酸酯反应后，磁力搅拌10-30min，然后再超声震动5-15min，真空除去气泡，得到超强全程水下粘接剂。
6.一种超强全程水下粘接剂，采用权利要求1所述的方法制得。
7.权利要求6所述的超强全程水下粘接剂的应用，用于全程水下粘接基材，所述的基材为金属基材、无机非金属基材、有机基材或低表面能基材，最大水下粘接强度高达2.8 MPa；
金属基材为铁片、铜片、铂片或铝片；无机非金属基材为玻璃；有机基材为聚苯乙烯PET；低表面能基材为聚四氟乙烯PTFE。
CN202111043885.XA 2021-09-07 2021-09-07 一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用 Active CN113817432B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111043885.XA CN113817432B (zh) 2021-09-07 2021-09-07 一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111043885.XA CN113817432B (zh) 2021-09-07 2021-09-07 一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113817432A CN113817432A (zh) 2021-12-21
CN113817432B true CN113817432B (zh) 2022-11-22

Family

ID=78922094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111043885.XA Active CN113817432B (zh) 2021-09-07 2021-09-07 一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113817432B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114806485A (zh) * 2022-04-14 2022-07-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种超分子热熔胶及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101058640B (zh) * 2006-04-18 2012-02-01 汉高股份及两合公司 有机硅聚脲基础聚合物,其制备的弹性体,其制备方法及其应用
CN103965810B (zh) * 2014-04-11 2016-04-20 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种可在潮湿表面粘接及水下固化的仿贻贝胶的制备方法
CN106221655A (zh) * 2016-07-22 2016-12-14 久盛地板有限公司 有机硅改性聚氨酯胶黏剂及其制备方法
CN108504321A (zh) * 2018-05-07 2018-09-07 安吉祥力胶粘剂有限公司 一种有机硅聚氨酯胶黏剂及其制备方法
CN113045728B (zh) * 2021-03-23 2022-08-19 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种含位阻脲键的热熔型耐低温有机硅-聚脲共聚物粘合剂及其制备与应用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113817432A (zh) 2021-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Tough Adhesion of Nucleobase‐Tackifed Gels in Diverse Solvents
CN107446401B (zh) 以多巴胺为锚分子的高疏水性抗细菌粘附表面及其制备方法
US9272246B2 (en) Ligand functional substrates
Ye et al. Novel dual-functional coating with underwater self-healing and anti-protein-fouling properties by combining two kinds of microcapsules and a zwitterionic copolymer
WO2018209716A1 (zh) 一种磺酸盐甜菜碱型疏水缔合聚合物及其制备方法
CN113817432B (zh) 一种超强全程水下粘接剂及其制备方法与应用
CN109054570B (zh) 一种环保型高强度弹性涂料及其制备方法
CN108410003B (zh) 一种聚丙烯腈改性膜的制备及其应用于固定酶的方法
CN113637186A (zh) 一种持续性粘附水凝胶的制法及其所得水凝胶和应用
CN110028886A (zh) 一种石墨烯改性端氨基聚醚的聚脲防水防腐涂料
Zeng et al. A water-resistance soy protein-based adhesive for various substrates application by incorporating tailor-made hydrophobic nanocrystalline cellulose
CN104829780A (zh) 一种高强度pH、温度快速双响应水凝胶的制备方法
KR20170122918A (ko) 방향족 아민계 화합물이 기질 독립적으로 표면 코팅된 폴리머 및 그 코팅 방법
CN114561118A (zh) 一种聚吡咯包裹石墨烯缓蚀剂容器及其制备方法和一种复合涂料及其应用
CN105542115B (zh) 一种煤基腐殖酸改性水性聚氨酯复合材料的制备方法
CN112795335B (zh) 一种高强耐水的纤维素基胶黏剂及其制备方法
JP2019210404A (ja) 自己修復性ゲル
CN109354655B (zh) 一种阳离子型自乳化水性环氧树脂快干固化剂
CN114605635B (zh) 一种高强、自感应超支化粘结材料及其绿色制备方法以及应用
CN110511402A (zh) 一种具有高交联强度的钴交联水凝胶及其制备方法
CN109666250B (zh) 一种高强度高吸水率复合材料及其制备方法
CN115926210A (zh) 扩散驱动的特异性黏附水凝胶材料、制备方法及其应用
CN113861937A (zh) 一种酚醛环氧树脂大豆蛋白胶黏剂及制备方法、应用
CN114702936A (zh) 一种水性胶黏剂及其制备方法和应用
CN110330923B (zh) 一种纳米复合湿粘合剂的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant