CN114702936B - 一种水性胶黏剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水性胶黏剂及其制备方法和应用。本发明的水性胶黏剂丝胶蛋白作为主体，丝胶蛋白分子链上的大量羟基、羧基和氨基更有利于提高水溶性能，而且分子链上的各种基团为形成氢键提供大量的位点也有助于提高胶黏剂的粘性；同时通过添加聚乙二醇甲醚丙烯酸酯不同的量，一方面，利用聚乙二醇甲醚丙烯酸酯中的酯键为疏水基团来提高胶黏剂的耐水性；另一方面，利用丝胶蛋白分子链中的羟基、羧基和氨基和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯上的羟基与交联剂上的氨基形成大量的氢键，从而形成交联的结构网络。再利用丝胶蛋白本身就具有良好的胶凝性和生物附着力的特点，提高胶黏剂的交联密度，可以较大程度提高了整个胶黏剂的粘结力、机械强度和耐水性。
Description
技术领域
本发明涉及胶黏剂技术领域，尤其涉及一种水性胶黏剂及其制备方法和应用。
背景技术
胶黏剂是如今工业发展和人们的生活不可缺少的材料，然而伴随着生产和生活水平的提高，普通分子结构的胶黏剂已经远不能满足人们在生产生活中的应用，这时高分子材料和纳米材料成为改善各种材料性能的有效途径，高分子类聚合物和纳米聚合物成为胶粘剂重要的研究方向。虽然现有的水性胶黏剂是以水作为溶剂或是分散介质的环保和无毒的环境友好型胶黏剂，但是与溶剂型的胶黏剂相比，其机械和粘合强度低以及耐水性差的问题仍然存在。基于现有的水性胶黏剂存在的缺陷，有必要对此进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种水性胶黏剂及其制备方法和应用，以解决或至少部分解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种水性胶黏剂，包括以下重量份原料：
20～40份的丝胶蛋白、4～10份的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5～1份的变性剂、0～5份的交联剂、0.1～0.3份的防腐剂、70～100份的水。
优选的是，所述的水性胶黏剂，所述变性剂为十二烷基硫酸钠。
优选的是，所述的水性胶黏剂，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
优选的是，所述的水性胶黏剂，所述防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
第二方面，本发明还提供了一种所述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将丝胶蛋白和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯加入水中搅拌均匀，然后依次加入变性剂、交联剂、防腐剂，继续搅拌即得水性胶黏剂。
优选的是，所述的水性胶黏剂的制备方法，将丝胶蛋白和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯加入水中搅拌均匀，然后依次加入变性剂、交联剂、防腐剂，升温至60～70℃，继续搅拌即得水性胶黏剂。
第三方面，本发明还提供了一种所述的水性胶黏剂或所述的制备方法制备得到的水性胶黏剂在板材加工中的应用。
1、本发明的水性胶黏剂，选择水溶性的丝胶蛋白作为主体，丝胶蛋白分子链上的大量羟基、羧基和氨基更有利于提高水溶性能，而且分子链上的各种基团为形成氢键提供大量的位点也有助于提高胶黏剂的粘性；同时通过添加聚乙二醇甲醚丙烯酸酯不同的量，一方面，利用聚乙二醇甲醚丙烯酸酯中的酯键为疏水基团来提高胶黏剂的耐水性；另一方面，利用聚乙二醇甲醚丙烯酸酯与丝胶蛋白相互作用，使分子链的缠绕效应增强和形成氢键交联网络来增强胶黏剂的粘性和机械强度；这为解决水溶性胶凝剂所存在的问题提供了一种简单易行，绿色环保的制备方法。进一步的，利用丝胶蛋白分子链中的羟基、羧基和氨基和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯上的羟基与交联剂上的氨基形成大量的氢键，从而形成交联的结构网络。再利用丝胶蛋白本身就具有良好的胶凝性和生物附着力的特点，提高胶黏剂的交联密度，可以较大程度提高了整个胶黏剂的粘结力、机械强度和耐水性；
2、本发明的水性胶黏剂的制备方法，工艺简单，仅仅通过一步法便能高效制备出目标产品，无需复杂的合成，反应时间短，所需反应装置简单，因此，本发明的方法便于推广，时间成本低，能耗低，有望产业化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1～7中所得到的水性胶黏剂的胶合强度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种水性胶黏剂，包括以下重量份原料：
20～40份的丝胶蛋白、4～10份的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5～1份的变性剂、0～5份的交联剂、0.1～0.3份的防腐剂、70～100份的水。
本申请的水性胶黏剂，包括丝胶蛋白、聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、变性剂、交联剂、防腐剂和水。该水性胶黏剂选择水溶性的丝胶蛋白作为主体，丝胶蛋白分子链上的大量羟基、羧基和氨基更有利于提高水溶性能，而且分子链上的各种基团为形成氢键提供大量的位点也有助于提高胶黏剂的粘性；同时通过添加聚乙二醇甲醚丙烯酸酯不同的量，一方面，利用聚乙二醇甲醚丙烯酸酯中的酯键为疏水基团来提高胶黏剂的耐水性；另一方面，利用聚乙二醇甲醚丙烯酸酯与丝胶蛋白相互作用，使分子链的缠绕效应增强和形成氢键交联网络来增强胶黏剂的粘性和机械强度；这为解决水溶性胶凝剂所存在的问题提供了一种简单易行，绿色环保的制备方法。进一步的，利用丝胶蛋白分子链中的羟基、羧基和氨基和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯上的羟基与交联剂上的氨基形成大量的氢键，从而形成交联的结构网络。再利用丝胶蛋白本身就具有良好的胶凝性和生物附着力的特点，提高胶黏剂的交联密度，可以较大程度提高了整个胶黏剂的粘结力、机械强度和耐水性；而且丝胶蛋白是一种生物基材料，来源丰富，容易获得而且绿色、环保和经济，符合绿色化学规则。
在一些实施例中，变性剂为十二烷基硫酸钠。
在一些实施例中，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
在一些实施例中，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
具体的，在一些实施例中，丝胶蛋白既可以在市场上购买得到，也可以由精选桑蚕丝为原料，采用现代生化技术精制而成。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种上述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将丝胶蛋白和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯加入水中搅拌均匀，然后依次加入变性剂、交联剂、防腐剂，继续搅拌即得水性胶黏剂。
在一些实施例中，将丝胶蛋白和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯加入水中搅拌均匀，然后依次加入变性剂、交联剂、防腐剂，升温至60～70℃，继续搅拌即得水性胶黏剂。
本申请的水性胶黏剂的制备方法，工艺简单，仅仅通过一步法便能高效制备出目标产品，无需复杂的合成，反应时间短，所需反应装置简单。因此，本发明的方法便于推广，时间成本低，能耗低，有望产业化。
以下进一步以具体实施例说明本申请的水性胶黏剂及其制备方法。
实施例1
本申请实施例提供了一种水性胶黏剂，包括以下原料：
25g的丝胶蛋白、4g的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5g的十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g的苯并异噻唑啉-3-酮、70mL的水。
上述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将25g的丝胶蛋白加入70mL水中搅拌，边搅拌边缓慢加入4g聚乙二醇甲醚丙烯酸酯混合均匀，然后在搅拌下依次加入0.5g十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g苯并异噻唑啉-3-酮，最后将溶液加热至60℃继续搅拌反应30min后倒入模具得到水性胶黏剂。
实施例2
本申请实施例提供了一种水性胶黏剂，包括以下原料：
25g的丝胶蛋白、5g的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5g的十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g的苯并异噻唑啉-3-酮、70mL的水。
上述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将25g的丝胶蛋白加入70mL水中搅拌，边搅拌边缓慢加入5g聚乙二醇甲醚丙烯酸酯混合均匀，然后在搅拌下依次加入0.5g十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g苯并异噻唑啉-3-酮，最后将溶液加热至60℃继续搅拌反应30min后倒入模具得到水性胶黏剂。
实施例3
本申请实施例提供了一种水性胶黏剂，包括以下原料：
25g的丝胶蛋白、6g的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5g的十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g的苯并异噻唑啉-3-酮、70mL的水。
上述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将25g的丝胶蛋白加入70mL水中搅拌，边搅拌边缓慢加入6g聚乙二醇甲醚丙烯酸酯混合均匀，然后在搅拌下依次加入0.5g十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g苯并异噻唑啉-3-酮，最后将溶液加热至60℃继续搅拌反应30min后倒入模具得到水性胶黏剂。
实施例4
本申请实施例提供了一种水性胶黏剂，包括以下原料：
25g的丝胶蛋白、7g的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5g的十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g的苯并异噻唑啉-3-酮、70mL的水。
上述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将25g的丝胶蛋白加入70mL水中搅拌，边搅拌边缓慢加入7g聚乙二醇甲醚丙烯酸酯混合均匀，然后在搅拌下依次加入0.5g十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g苯并异噻唑啉-3-酮，最后将溶液加热至60℃继续搅拌反应30min后倒入模具得到水性胶黏剂。
实施例5
本申请实施例提供了一种水性胶黏剂，包括以下原料：
25g的丝胶蛋白、8g的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5g的十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g的苯并异噻唑啉-3-酮、70mL的水。
上述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将25g的丝胶蛋白加入70mL水中搅拌，边搅拌边缓慢加入8g聚乙二醇甲醚丙烯酸酯混合均匀，然后在搅拌下依次加入0.5g十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g苯并异噻唑啉-3-酮，最后将溶液加热至60℃继续搅拌反应30min后倒入模具得到水性胶黏剂。
实施例6
本申请实施例提供了一种水性胶黏剂，包括以下原料：
25g的丝胶蛋白、8.5g的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5g的十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g的苯并异噻唑啉-3-酮、70mL的水。
上述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将25g的丝胶蛋白加入70mL水中搅拌，边搅拌边缓慢加入8.5g聚乙二醇甲醚丙烯酸酯混合均匀，然后在搅拌下依次加入0.5g十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g苯并异噻唑啉-3-酮，最后将溶液加热至60℃继续搅拌反应30min后倒入模具得到水性胶黏剂。
实施例7
本申请实施例提供了一种水性胶黏剂，包括以下原料：
25g的丝胶蛋白、9g的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5g的十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g的苯并异噻唑啉-3-酮、70mL的水。
上述的水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将25g的丝胶蛋白加入70mL水中搅拌，边搅拌边缓慢加入9g聚乙二醇甲醚丙烯酸酯混合均匀，然后在搅拌下依次加入0.5g十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g苯并异噻唑啉-3-酮，最后将溶液加热至60℃继续搅拌反应30min后倒入模具得到水性胶黏剂。
性能测试
使用万能测试仪在室温下对实施例1～7所制得的水性胶黏剂进行拉伸试验，检测样品的拉伸强度和断裂伸长率，其中，样品尺寸为60*10mm(长*宽)，两个夹具之间的初始测试距离为20mm，样品以50mm/min的加载速度进行测试，结果如下表1所示。
表1-实施例1-7水性胶黏剂的拉伸强度和断裂伸长率
| 实施例 | 拉伸强度(MPa) | 断裂伸长率(％) |
| 实施例1 | 1.8 | 287.5 |
| 实施例2 | 2.5 | 308.6 |
| 实施例3 | 3.2 | 326.7 |
| 实施例4 | 4.5 | 317.2 |
| 实施例5 | 4.9 | 297.2 |
| 实施例6 | 5.3 | 273.6 |
| 实施例7 | 5.8 | 257.8 |
从表1中可以看出，随着聚乙二醇甲醚丙烯酸酯含量的增加胶黏剂的拉伸强度也随着增加，最高达到5.8Mpa。然而胶黏剂的断裂伸长率在低含量的交联剂中是不断增长的，但随着聚乙二醇甲醚丙烯酸酯的含量过大，交联密度过大，从而限制了分子链的运动，导致断裂伸长率下降。
通过测定吸水率，研究胶黏剂的耐水性；将实施例1～7中制备得到的水性胶黏剂剪成2cm×1cm小方块，在105℃下烘干24小时后，待冷却30min后称质量(m1)，然后在室温下浸泡在水中24h。随后，从水中取出膨胀的样品，并且用滤纸吸干样品表面的水分后立即称质量(m2)，计算吸水率(％)＝(m2-m1)/m1×100％，结果如下表2所示。
表2-实施例1-7的水性胶黏剂的耐水性能
根据国家标准《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》(GB/T17657-2013)中胶合板测定标准对实施例1～7中所得到的水性胶黏剂制备胶合板进行胶合强度测试。每张三层胶合板锯制9个测试试件，尺寸为100*25mm，试件胶合面积为25*25mm2。
实施例1～7中的胶合强度进行测试，结果如图1所示。
由图1和表2可知，聚乙二醇甲醚丙烯酸酯和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺可与丝胶蛋白分子链上的羟基、羧基和氨基产生氢键作用，形成交联结构网络，从而增强胶黏剂胶接性能。随着交聚乙二醇甲醚丙烯酸酯含量的增加，导致交联结构中分子链的交联密度增加以及交联网络中疏水官能团不断增加，使胶黏剂的具有优异的胶合强度和耐水性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种水性胶黏剂，其特征在于，包括以下原料：
25g的丝胶蛋白、6~9g的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、0.5g的十二烷基硫酸钠、2g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g的苯并异噻唑啉-3-酮、70mL的水；
所述水性胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：
将丝胶蛋白和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯加入水中搅拌均匀，然后依次加入十二烷基硫酸钠、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、苯并异噻唑啉-3-酮，继续搅拌即得水性胶黏剂。
2.如权利要求1所述的水性胶黏剂的制备方法，其特征在于，将丝胶蛋白和聚乙二醇甲醚丙烯酸酯加入水中搅拌均匀，然后依次加入十二烷基硫酸钠、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、苯并异噻唑啉-3-酮，升温至60~70℃，继续搅拌即得水性胶黏剂。
3.一种如权利要求1所述的水性胶黏剂或权利要求2所述的制备方法制备得到的水性胶黏剂在板材加工中的应用。
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