专利名称：一种粘合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种粘合材料的制备方法。
背景技术：
壁虎能够在树干、墙壁、天花板甚至垂直的光滑玻璃板上纹丝不动地停留或者轻 松自如地行走，这种奇特的攀附和行走能力主要决定于壁虎脚上的多层次分级结构。研究 发现，壁虎脚上有数百个凸起，称为皮瓣，每个皮瓣上生有数百万根刚毛，每根刚毛末端又 分成数百个直径只有几百纳米的产状丝，正是这种独特的结构使得壁虎具有独特的攀附和 行走能力。根据壁虎脚的结构和粘合原理，人类设计了壁虎仿生干型粘合材料，即模仿壁虎 脚的结构，在柔软基底上制作出大量的规整微突起结构，形成包括基底和突起结构的粘合 材料，这种粘合材料具有较高的剪切粘合强度，在物体表面法向方向上容易剥离，可以多次 反复使用。现有技术公开了多种此类粘合材料的制备方法，如美国专利US2008/(^80137公 开了一种采用化学沉积法和催化法在基底材料上生成定向排列的碳纳米管制备粘合材料 的方法，其中，碳纳米管发挥壁虎脚刚毛的作用，但是，碳纳米管不容易在共平面上排列，导 致得到的粘合材料上的突起不规则，粘合性能较差，而且这种制备方法较为复杂，制备条件 苛刻，难以实现工业化生产。美国专利US2010/0021647公开了一种采取纳米压印法和模板 复制法制备聚合物纤维构成的粘合材料，聚合物纤维能够在基底材料上形成突起结构，但 这种方法步骤繁琐，而且需要使用微米级甚至纳米级的模板，容易造成粘合材料发生结构 重叠、结构缺陷等问题，降低材料的粘合性能和反复使用性。美国专利US2010/0086785采 取有限去除聚合物基底的方法，制备得到了由聚合物纤维构成的粘合材料，这种方法主要 采用溶剂腐蚀和溶解聚合物纤维及部分基底的方式形成突起，不仅步骤繁琐，而且对材料 结构的可控性较差，得到的粘合材料粘合性能不够理想。静电纺丝是一种利用静电力作为牵引力使高聚物溶液或熔融体产生喷射、形成纤 维的技术，具有设备简单、操作简便的优点。本发明人考虑，可以采用静电纺丝的方法使聚 合物纤维形成类似于壁虎脚的结构，从而得到壁虎仿生粘合材料。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种粘合材料的制备方法，本发明 提供的方法制备工艺简单，得到的粘合材料具有良好的粘合性能，而且反复使用次数较多。本发明提供了一种粘合材料的制备方法，包括以下步骤对聚合物进行静电纺丝，通过转盘或滚筒收集纤维，得到取向聚合物纤维；将所述取向聚合物纤维捆扎，得到取向聚合物纤维束；将所述取向聚合物纤维束的一端固定在基底上，另一端形成平面；对所述取向聚合物纤维束形成平面的一端进行刻蚀形成超细纤维后，得到粘合材料。优选的，所述聚合物为尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜或聚烯烃。优选的，所述转盘或滚筒的转速为50转/s 5000转/s。优选的，所述取向聚合物纤维的直径为IOnm lOOOOnm。优选的，所述取向聚合物纤维束的长度为1 μ m 20000 μ m。优选的，所述取向聚合物纤维束的直径为50 μ m 30000 μ m。优选的，所述超细纤维的直径为Inm lOOOOnm。优选的，所述平面的面积为Imm2 40000mm2。本发明还提供了一种粘合材料的制备方法，包括以下步骤对聚合物进行静电纺丝，在磁场的存在下收集纤维，得到取向聚合物纤维；将所述取向聚合物纤维捆扎，得到取向聚合物纤维束；将所述取向聚合物纤维束的一端固定在基底上，另一端形成平面；对所述取向聚合物纤维束形成平面的一端进行刻蚀形成超细纤维，得到粘合材 料。优选的，所述磁场的强度为InT 1T。与现有技术相比，本发明首先对聚合物进行静电纺丝，通过转盘、滚筒或者在存在 磁场的条件下收集纤维，得到取向聚合物纤维；将得到的取向聚合物纤维捆扎，得到取向聚 合物纤维束；然后将所述聚合物纤维束的一端固定在基底上，另一端形成平面；对所述聚 合物纤维束形成平面的一端进行刻蚀，使其末端形成超细纤维后，即可得到具有良好粘合 性能的粘性材料。本发明采用静电纺丝的方式制备取向聚合物纤维，再对所述取向聚合物 纤维进行捆扎、固定、刻蚀等处理，得到类似于壁虎脚结构的粘合材料。本发明提供的方法 工艺简单、条件温和，适于工业化生产。另外，通过本发明提供的方法制备得到的粘合材料 具有良好的粘合性能，实验表明，本发明提供的粘合材料在玻璃表面的剪切粘合强度达到 15N/cm2 22N/cm2,剥离强度达到2N/cm2 8N/cm2,可重复使用11 13次；在聚甲基丙 烯酸甲酯材料表面的剪切粘合强度达到13N/cm2 MN/cm2，剥离强度达到2N/cm2 9N/ cm2，可重复使用11 14次；在聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度可达15N/cm2 22N/cm2，剥离强度可达lN/cm2 7N/cm2，可重复使用11 13次。
图1为本发明提供的粘合材料的制备工艺流程图；图2为本发明提供的对粘合材料进行剪切粘合强度测试的流程示意图；图3为本发明提供的对粘合材料进行剥离强度测试的流程示意图；图4为本发明实施例制备的粘合材料的电镜扫描照片；图5为本发明实施例制备的粘合材料的超细纤维末端的电镜扫描照片。
具体实施例方式本发明提供了一种粘合材料的制备方法，包括以下步骤对聚合物进行静电纺丝，通过转盘或滚筒收集纤维，得到取向聚合物纤维；将所述取向聚合物纤维捆扎，得到取向聚合物纤维束；
将所述取向聚合物纤维束的一端固定在基底上，另一端形成平面；对所述取向聚合物纤维束形成平面的一端进行刻蚀形成超细纤维后，得到粘合材 料。本发明还提供了一种粘合材料的制备方法，包括以下步骤对聚合物进行静电纺丝，在磁场的存在下收集纤维，得到取向聚合物纤维；将所述取向聚合物纤维捆扎，得到取向聚合物纤维束；将所述取向聚合物纤维束的一端固定在基底上，另一端形成平面；对所述取向聚合物纤维束形成平面的一端进行刻蚀形成超细纤维，得到粘合材 料。本发明采用静电纺丝的方式制备取向聚合物纤维，再对所述取向聚合物纤维进行 捆扎、固定、刻蚀等处理，得到类似于壁虎脚结构的粘合材料。本发明提供的方法工艺简单、 条件温和，适于工业化生产。参见图1，图1为本发明提供的粘合材料的制备工艺流程图，对聚合物进行静电纺 丝后，得到取向聚合物纤维1，将所述取向聚合物纤维1分段、捆扎后，得到取向聚合物纤维 束2，将若干取向聚合物纤维束2的一端固定在基底上，另一端形成平面，得到粘合材料半 成品3，对所述形成平面的一端进行刻蚀后，得到粘合材料4，在粘合材料4中，41为基底，类 似于壁虎脚中的皮瓣；42为取向聚合物纤维，类似于壁虎脚中的刚毛；43为超细纤维结构， 类似于壁虎脚中刚毛末端的产状丝。以下对粘合材料的制备过程进行详细描述。本发明以可用静电纺丝法制备纤维的聚合物为原料，所述聚合物包括但不限于尼 龙、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜或聚烯烃，优选为尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙12、聚甲基丙烯 酸甲酯、聚对苯二甲酸二乙酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯。对所述聚合物进行静电纺丝时，可以采用溶液纺丝法，即将聚合物溶解于有机溶 剂中，配制质量浓度为0. 01 % 40 %的聚合物溶液，用静电纺丝设备对其进行纺丝；也可 以采用熔融电纺丝法，即直接将聚合物置于针管中，加热至熔融状态后用静电纺丝设备进 行纺丝。本发明对所述静电纺丝设备没有特殊限制，本领域技术人员熟知的静电纺丝设备 即可，如静电纺丝设备可包括以下部件控制静电场大小的高压电源；盛装溶液的塑料针 管；盛装溶液或熔体的玻璃针管；调节电纺丝纤维尺寸的不锈钢纺丝针头；与针管连接在 一起的微量注射泵，可以控制溶液或熔体的流动速率；电纺丝收集装置等，根据静电纺丝的 需要还可以包括红外加热装置、磁场发生装置或者其他装置。本发明对所述静电纺丝的具体过程没有特殊限制，但是为了得到取向聚合物纤 维，需要通过滚筒、转盘等电纺丝收集装置或在磁场的存在条件下通过平板收集装置收集 静电纺丝得到的纤维，通过转动或磁场干预使纤维发生取向，从而能够形成类似于壁虎脚 刚毛的结构。本发明对所述静电纺丝的工艺参数没有特殊限制，优选为本领域技术人员熟知的 参数，优选满足以下条件针管的容量优选为ImL 50mL，更优选为IOmL 30mL ；针头的直径优选为0. Olcm 1cm，更优选为0. 5cm 0. 7cm ；电压优选为4kV 70kV，更优选为IOkV 30kV ；电压可根据聚合物的不同进行调整，如当聚合物为尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜等时，电压优选为16kV 25Vk ；当聚合物为 聚烯烃时，电压可为12kV 16kV ； 收集距离优选为5cm 100cm，更优选为20cm 80cm ；当用转盘或滚筒收集纤维时，所述转盘或滚筒的转速优选为50转/s 5000转/ s,更优选为100转/s 3000转/s，最优选为1000转/s 2000转/s ；当在磁场的存在条件下收集纤维时，所述磁场的强度优选为InT 1T，更优选为 IOOOnT 0. 5T。对聚合物通过静电纺丝，通过转盘、滚筒或者在磁场存在的条件下收集纤维，得到 取向聚合物纤维。所述取向聚合物纤维可以使得到的粘合材料具有较高的剪切粘合强度， 使其在物体表面法向方向上容易剥离，从而实现反复使用。所述取向聚合物纤维的直径优 选为IOnm lOOOOnm，更优选为IOOnm 5000nm，最优选为500nm 2000nm。得到取向聚合物纤维后，将所述取向聚合物纤维分段，每段取向聚合物纤维的长 度优选为1 μ m 20000 μ m，更优选为10 μ m 10000 μ m，最优选为100 μ m 8000 μ m。按照 本领域技术人员熟知的方法将所述分段的取向聚合物捆扎成束，得到取向聚合物纤维束。 所述取向聚合物纤维束的直径优选为50 μ m 30000 μ m,更优选为100 μ π! 20000 μ m，最 优选为 1000 μ m 10000 μ m。得到取向聚合物纤维束后，将所述取向聚合物纤维束的一端固定在基底上，使其 另一端形成平面。本发明优选通过具有粘合能力的树脂将所述纤维束的一端固定在基底 上，所述树脂优选为环氧树脂。所述基底的作用在于使得到的粘合材料具有类似于壁虎脚 上的皮瓣的结构，增加粘合材料的粘合性能。按照本发明，所述基底可以为聚丙烯、聚乙烯、 聚苯乙烯等材料。将所述取向聚合物纤维束的一端固定后，其另一端形成平面，所述平面可以为四 边形或圆形，所述平面的面积优选为Imm2 40000mm2，更优选为IOmm2 30000mm2，最优选 为IOOmm2 20000mm2。当所述平面为四边形时，其长度优选为Imm 100mm，更优选为5mm 50mm，最优选为IOmm 25mm;当所述平面为圆形时，其直径优选为Imm 100mm，更优选为 5mm 50mm,最优选为IOmm 25mm。将取向聚合物纤维束固定以后，对其形成平面的一端进行刻蚀，形成超细纤维结 构，使得到的粘合材料具有类似于壁虎脚上刚毛的结构。本发明对所述刻蚀的方法没有特 殊限制，本领域技术人员熟知的光刻蚀方法，如等离子体刻蚀、紫外光刻蚀等方法均可实现 对取向聚合物纤维末端的刻蚀。经过刻蚀后，所述取向聚合物纤维束的末端可形成超细纤 维，所述超细纤维的直径优选为Inm lOOOOnm，更优选为IOnm 5000nm，最优选为20nm 2500nmo得到粘合材料后，对所述粘合材料进行电镜扫描，其取向聚合物纤维末端确实形 成了超细纤维结构，该粘合材料的结构类似于壁虎脚的结构。对所述粘合材料进行粘合性能的分析，分析方法如下参见图2，图2为本发明提供的对粘合材料进行剪切粘合强度测试的流程示意图， 其中，21为粘合材料，22为被粘物体，23为定滑轮，24为砝码，具体方法为对粘合材料21 施加10N的预加力，使粘合材料21粘合在被粘物体22表面，将被粘物体22水平放置，其表 面与水平面平行；将粘合材料21与末端带金属弯钩的细线相连，并使细线绕过定滑轮23与地面成直角；然后，将砝码M挂在金属弯钩上，不断增加砝码M的质量，直至粘合材料21 在被粘物体22表面开始勻速滑动，停止加重，此时砝码的重量为Hi1,剪切粘合强度Ps按照 公式(I)进行计算Ps=^f- (I)其中，Jii1单位为kg;S0为粘合材料在不受外力作用时，纤维束平面的面积，单位为cm2 ；g为重力加速度，在本文件中，g = 9. 8N/kg。参见图3，图3为本发明提供的对粘合材料进行剥离强度测试的流程示意图，其 中，31为粘合材料，32为被粘物体，33为砝码，具体方法为对粘合材料31施加ION的预加 力，使粘合材料31粘合在被粘物体32表面，将被粘物体32倒置，其表面朝向地面并与水平 面平行；粘合材料31中心处与末端带有金属弯钩的细线相连，并使细线与地面垂直；然后 将砝码33挂在金属弯钩上，不断增加砝码33的质量，直至粘合材料31从被粘物体32表面 脱离，此时砝码重量为m2，剥离强度Pp按照公式(II)进行计算ΡΡ=ψ (Π)其中，Jii1单位为kg;S0为粘合材料在不受外力作用时，纤维束平面的面积，单位为cm2 ；g为重力加速度，在本文件中，g = 9. 8N/kg。在本文件中，粘合材料反复使用次数为按照上述方法测定的粘合材料的剪切粘 合强度为初始剪切粘合强度的50%时的使用次数。按照上述方法，本发明分别在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材料表面和聚丙烯酸 十八醇酯材料表面进行粘合性能测试，其中，玻璃表面为亲水性表面，其表面能大于IOOmJ/ m2，聚甲基丙烯酸甲酯材料表面为部分疏水性表面，其表面能约为40mJ/m2，聚丙烯酸十八醇 酯表面为疏水性表面，其表面能约为20mJ/m2 25mJ/m2。实验表明，本发明提供的粘合材 料在玻璃表面的剪切粘合强度达到15N/cm2 22N/cm2，剥离强度达到2N/cm2 8N/cm2，可 重复使用11 13次；在聚甲基丙烯酸甲酯材料表面的剪切粘合强度达到13N/cm2 MN/ cm2,剥离强度达到2N/cm2 9N/cm2，可重复使用11 14次；在聚丙烯酸十八醇酯材料表面 的剪切粘合强度可达15N/cm2 22N/cm2，剥离强度可达lN/cm2 7N/cm2，可重复使用11 13次。由上述结果可知，本发明提供的粘合材料在亲水性表面、部分疏水性表面和疏水性表 面均具有良好的粘合性能，且在该三种表面的粘合性能差别不大。为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的粘合材料的制备方法进 行详细描述。以下各实施例及比较例中的原料均为市售产品，使用的静电纺丝设备主要包括以 下部分控制静电场大小的高压电源；盛装溶液的塑料针管；盛装溶液或熔体的玻璃针管； 调节电纺丝纤维尺寸的不锈钢纺丝针头；与针管连接在一起的微量注射泵，可以控制溶液 或熔体的流动速率；电纺丝收集装置，包括转动圆盘、滚筒和平板收集器。实施例1在80°C 100°C的条件下，以甲酸为溶剂，配制质量浓度为15%的尼龙6溶液；将所述尼龙6溶液置于IOmL塑料针管内，采用直径为Imm的针头，采用上述静电纺丝设备进行纺丝，条件如下高压电压为16kV 25kV，溶液流动速率为0. 03mL/h 3mL/ h，使用转动圆盘收集聚合物纤维，转盘转速为200转/s，针头到转动圆盘接收器的距离为 10cm，得到取向聚合物纤维，所述取向聚合物纤维的直径约为IOOOnm ；将所述取向聚合物纤维分段、捆扎成束，得到的纤维束长度为0. 5mm，直径为Imm ； 将多个所述纤维束的一端用环氧树脂同时固定在厚度为200 μ m的聚丙烯薄膜上，另一端 形成平面，该平面为直径为25mm的圆形，纤维束与聚丙烯薄膜成90°排列；采用等离子体刻蚀法在所述纤维束形成平面的一端末端形成超细纤维结构，得到 粘合材料，所述等离子体处理时间为120s 300s。对所述粘合材料进行电镜扫描，结果参见图4和图5，图4为本发明实施例制备的 粘合材料的电镜扫描照片，图5为本发明实施例制备的粘合材料的超细纤维末端的电镜扫 描照片。由图4可知，本发明实施例提供的粘合材料的末端具有超细纤维结构，由图5可知， 本发明实施例提供的粘合材料的超细纤维末端的直径为20nm lOOnm。采用上文所述的方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材料表 面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参见表 1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。比较例1在80°C 100°C的条件下，以甲酸为溶剂，配制质量浓度为15%的尼龙6溶液；将所述尼龙6溶液置于IOmL塑料针管内，采用直径为Imm的针头，以上述电纺丝 设备进行电纺丝，条件如下高压电压为16kV 25kV，溶液流动速率为0. 03mL/h 3mL/ h，使用转动圆盘收集聚合物纤维，转盘转速为200转/s，针头到转动圆盘接收器的距离为 10cm，得到取向聚合物纤维，所述取向聚合物纤维的直径约为IOOOnm ；将所述取向聚合物纤维分段、捆扎成束，得到的纤维束长度为0. 5mm，直径为Imm ； 将多个所述纤维束的一端用环氧树脂同时固定在厚度为200 μ m的聚丙烯薄膜上，其另一 端形成平面，该平面为直径为25mm的圆形，纤维束与聚丙烯薄膜成90°排列，得到粘合材 料；采用上文所述的方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材料表 面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参见表 1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例2按照实施例1提供的原料、方法和步骤制备粘合材料，区别在于，采用紫外光刻蚀 法在所述纤维束形成平面的一端末端形成超细纤维结构，得到粘合材料，所述紫外光照射 时间为60s 300s，所述纤维束自由端末端与所述紫外灯光源距离为3cm 5cm。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm 50nmo采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例3按照实施例1提供的原料、方法和步骤制备粘合材料，区别在于，转动圆盘的转速为700转/s，得到粘合材料。将转动圆盘的转速提高至700转/s时，得到的取向纤维的直 径约为200nm。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例4按照实施例1提供的原料、方法和步骤制备粘合材料，区别在于，得到的纤维束的 长度为2mmο对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例5按照实施例1提供的原料、方法和步骤制备粘合材料，区别在于，纤维束与聚丙烯 薄膜成45°排列。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例6按照实施例1提供的原料、方法和步骤制备粘合材料，区别在于，纤维束形成的平 面为边长为25mm的正方形。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例7按照实施例1提供的原料、方法和步骤制备粘合材料，区别在于，使用外加磁场干 预，获得取向聚合物纤维，具体方法如下在平板收集器上平行排列2个形状相同的条形 磁体，针头到条形磁体距离为10cm，磁体之间距离为0. Icm 5cm，磁场强度为IOOOnT 0. 5T，得到取向聚合物纤维，所述取向聚合物纤维的直径约为700nm ；对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例8按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为15%的 尼龙66甲酸溶液为原料。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例9按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为15%的 尼龙46甲酸溶液为原料。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例10按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为10%的 尼龙12甲酸溶液为原料。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例11按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为10%的 聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液为原料，所述聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液在120°C 150°C下配制。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例12按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为15% 的聚甲基丙烯酸甲酯的四氢呋喃溶液为原料，所述聚甲基丙烯酸甲酯的四氢呋喃溶液在 40°C 60°C下配制。
对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例13按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为10%的 聚对苯二甲酸二乙酯的二氯乙烷和四氟乙酸溶液为原料，所述聚对苯二甲酸二乙酯的二氯 乙烷和四氟乙酸溶液在60°C 80°C下配制，二氯乙烷和四氟乙酸的质量比为1 1。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例14按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为10%的 聚对苯二甲酸二丁酯的二氯乙烷和四氟乙酸溶液为原料，所述聚对苯二甲酸二乙酯的二氯 乙烷和四氟乙酸溶液在60°C 80°C下配制，二氯乙烷和四氟乙酸的质量比为1 1。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例15按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为10%的 聚碳酸酯的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃溶液为原料，所述聚碳酸酯的N，N-二甲基甲 酰胺和四氢呋喃溶液在70°C 100°C下配制，N, N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的质量比为 1 I0对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例16按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为20%的 聚砜的N，N-二甲基甲酰胺溶液为原料，所述聚砜的N，N-二甲基甲酰胺溶液在120°C 150°C下配制。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。
采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例17按照实施例1提供的方法和步骤制备粘合材料，区别在于，以质量浓度为30%的 聚醚砜的N，N-二甲基甲酰胺溶液为原料，所述聚醚砜的N，N-二甲基甲酰胺溶液在120°C 150°C下配制。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例18在110°C 130°C的条件下，以二甲苯为溶剂，配制质量浓度为7%的聚乙烯溶液； 向所述聚乙烯溶液中加入四丁基溴胺盐，所述四丁基溴铵盐为溶液质量的0. 2% ；将所述聚乙烯溶液置于IOmL塑料针管内，采用直径为Imm的针头，采用红外加热 装置保持针管和针头的温度在110°C 130°c，使用上述静电纺丝设备进行纺丝，条件如 下高压电压为12kV 16kV，溶液流动速率为0. 03mL/h 3mL/h，使用转动圆盘收集聚合 物纤维，转盘转速为500转/s，针头到转动圆盘接收器的距离为10cm，得到取向聚合物纤 维，所述取向聚合物纤维的直径约为600nm ；将所述取向聚合物纤维分段、捆扎成束，得到的纤维束长度为0. 5mm，直径为Imm ； 将多个所述纤维束的一端用环氧树脂同时固定在厚度为200 μ m的聚丙烯薄膜上，另一端 形成平面，该平面为直径为25mm的圆形，纤维束与聚丙烯薄膜成90°排列；采用等离子体刻蚀法在所述纤维束形成平面的一端末端形成超细纤维结构，得到 粘合材料，所述等离子体处理时间为120s 300s。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例19将聚乙烯溶液置于IOmL玻璃针管内，加热至200°C，使其完全熔融；采用直径为 Imm的针头，采用红外加热装置保持针管和针头的温度在190°C 200°C，使用上述静电纺 丝设备进行纺丝，条件如下高压电压为50kV 70kV，溶液流动速率为0. 03mL/h 3mL/ h，使用转动圆盘收集聚合物纤维，转盘转速为500转/s，针头到转动圆盘接收器的距离为 10cm，得到取向聚合物纤维，所述取向聚合物纤维的直径约为600nm ；将所述取向聚合物纤维分段、捆扎成束，得到的纤维束长度为0. 5mm，直径为Imm ； 将多个所述纤维束的一端用环氧树脂同时固定在厚度为200 μ m的聚丙烯薄膜上，另一端 形成平面，该平面为直径为25mm的圆形，纤维束与聚丙烯薄膜成90°排列；
采用等离子体刻蚀法在所述纤维束形成平面的一端末端形成超细纤维结构，得到 粘合材料，所述等离子体处理时间为120s 300s。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例20将聚乙烯溶液置于IOmL玻璃针管内，加热至200°C，使其完全熔融；采用直径为 Imm的针头，采用红外加热装置保持针管和针头的温度在190°C 200°C，使用上述静电纺 丝设备进行纺丝，条件如下高压电压为50kV 70kV，溶液流动速率为0. 03mL/h 3mL/h， 在平板收集器上平行排列2个形状相同的条形磁体，针头到条形磁体距离为10cm，磁体之 间距离为0. Icm 5cm，磁场强度为IOOOnT 0. 5T，得到取向聚合物纤维，所述取向聚合物 纤维的直径约为700nm ；将所述取向聚合物纤维分段、捆扎成束，得到的纤维束长度为0. 5mm，直径为Imm ； 将多个所述纤维束的一端用环氧树脂同时固定在厚度为200 μ m的聚丙烯薄膜上，另一端 形成平面，该平面为直径为25mm的圆形，纤维束与聚丙烯薄膜成90°排列；采用等离子体刻蚀法在所述纤维束形成平面的一端末端形成超细纤维结构，得到 粘合材料，所述等离子体处理时间为120s 300s。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例21在110°C 130°C的条件下，以二甲苯为溶剂，配制质量浓度为7%的聚丙烯溶液； 向所述聚丙烯溶液中加入四丁基溴胺盐，所述四丁基溴铵盐为溶液质量的0. 2% ；将所述聚丙烯溶液置于IOmL塑料针管内，采用直径为Imm的针头，采用红外加热 装置保持针管和针头的温度在110°C 130°c，使用上述静电纺丝设备进行纺丝，条件如 下高压电压为12kV 16kV，溶液流动速率为0. 03mL/h 3mL/h，使用转动圆盘收集聚合 物纤维，转盘转速为500转/s，针头到转动圆盘接收器的距离为10cm，得到取向聚合物纤 维，所述取向聚合物纤维的直径约为600nm ；将所述取向聚合物纤维分段、捆扎成束，得到的纤维束长度为0. 5mm，直径为Imm ； 将多个所述纤维束的一端用环氧树脂同时固定在厚度为200 μ m的聚丙烯薄膜上，另一端 形成平面，该平面为直径为25mm的圆形，纤维束与聚丙烯薄膜成90°排列；采用等离子体刻蚀法在所述纤维束形成平面的一端末端形成超细纤维结构，得到 粘合材料，所述等离子体处理时间为120s 300s。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。
采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。实施例22在30°C 50°C的条件下，以四氢呋喃为溶剂，配制质量浓度为10%的聚苯乙烯溶 液；将所述聚乙烯溶液置于IOmL塑料针管内，采用直径为Imm的针头，使用上述静电 纺丝设备进行纺丝，条件如下高压电压为12kV 16kV，溶液流动速率为0. 03mL/h 3mL/ h，使用转动圆盘收集聚合物纤维，转盘转速为500转/s，针头到转动圆盘接收器的距离为 10cm，得到取向聚合物纤维，所述取向聚合物纤维的直径约为600nm ；将所述取向聚合物纤维分段、捆扎成束，得到的纤维束长度为0. 5mm，直径为Imm ； 将多个所述纤维束的一端用环氧树脂同时固定在厚度为200 μ m的聚丙烯薄膜上，另一端 形成平面，该平面为直径为25mm的圆形，纤维束与聚丙烯薄膜成90°排列；采用等离子体刻蚀法在所述纤维束形成平面的一端末端形成超细纤维结构，得到 粘合材料，所述等离子体处理时间为120s 300s。对所述粘合材料进行电镜扫描，所述粘合材料的末端具有超细纤维结构，其直径 为 20nm lOOnm。采用上文所述的实验方法分别对所述粘合材料在玻璃表面、聚甲基丙烯酸甲酯材 料表面和聚丙烯酸十八醇酯材料表面的剪切粘合强度、剥离强度和反复使用次数，结果参 见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果。表1本发明实施例及比较例提供的粘合材料的粘合性能测试结果
权利要求
1.一种粘合材料的制备方法，包括以下步骤对聚合物进行静电纺丝，通过转盘或滚筒收集纤维，得到取向聚合物纤维；将所述取向聚合物纤维捆扎，得到取向聚合物纤维束；将所述取向聚合物纤维束的一端固定在基底上，另一端形成平面；对所述取向聚合物纤维束形成平面的一端进行刻蚀形成超细纤维后，得到粘合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物为尼龙、聚氨酯、聚碳酸 酯、聚砜或聚烯烃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述转盘或滚筒的转速为50转/s 5000 转 /s。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述取向聚合物纤维的直径为 IOnm IOOOOnm0
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述取向聚合物纤维束的长度为 Ιμ20000μ ο
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述取向聚合物纤维束的直径为 50μπι 30000μπιο
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超细纤维的直径为Inm IOOOOnm0
8.根据权利要求1 7任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述平面的面积为 Imm2 40000mm2。
9.一种粘合材料的制备方法，包括以下步骤对聚合物进行静电纺丝，在磁场的存在下收集纤维，得到取向聚合物纤维；将所述取向聚合物纤维捆扎，得到取向聚合物纤维束；将所述取向聚合物纤维束的一端固定在基底上，另一端形成平面；对所述取向聚合物纤维束形成平面的一端进行刻蚀形成超细纤维，得到粘合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述磁场的强度为InT 1T。
全文摘要
本发明提供了一种粘合材料的制备方法，包括以下步骤对聚合物进行静电纺丝，通过转盘或滚筒收集纤维，得到取向聚合物纤维；将所述取向聚合物纤维捆扎，得到取向聚合物纤维束；将所述取向聚合物纤维束的一端固定在基底上，另一端形成平面；对所述取向聚合物纤维束形成平面的一端进行刻蚀形成超细纤维后，得到粘合材料。本发明采用静电纺丝的方式制备取向聚合物纤维，再对所述取向聚合物纤维进行捆扎、固定、刻蚀等处理，得到类似于壁虎脚结构的粘合材料。本发明提供的方法工艺简单、条件温和，适于工业化生产。另外，通过本发明提供的方法制备得到的粘合材料具有良好的粘合性能。
文档编号D01F6/60GK102080272SQ201010594668
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者侯建文, 殷敬华, 石强, 赵杰 申请人:中国科学院长春应用化学研究所