一种基于聚合物复合物制备高粘合性能水基胶黏剂的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水基胶黏剂制备技术领域，具体涉及一种通过溶液共混形成聚合物复合物，进而制备具有尚粘合性能的水基胶黏剂方法。这种水基胶黏剂可以应用于多种材料表面，如光学玻璃、金属、木材、塑料等，对各种材料都有很强的胶接强度。
【背景技术】
[0002]由能分散或能溶解于水中的成膜材料制成的胶黏剂就是水基胶黏剂，也常常称为水性胶黏剂。其中，成膜材料一般都是有机聚合物，动物胶、淀粉、糊精、血清蛋白、白蛋白、甲基纤维素及聚乙烯醇都属于此类胶黏剂，还有一些酚醛与脲醛树脂的可溶性中间体亦属于此类。
[0003]水基胶黏剂并不是简单地用水作分散介质代替溶剂型胶黏剂中的溶剂，水基胶黏剂与溶剂型胶黏剂的主要差别在于:溶剂型胶黏剂是以苯、甲苯等有机溶剂作为分散介质的均相体系，物相是连续的。水基胶黏剂是以水作为分散介质的非均相体系;溶剂型胶黏剂的分子质量较低以保持可涂覆性，而水基胶黏剂的粘度与分子质量无关，它的粘度不随聚合物分子质量的改变有明显差异，可把聚合物的分子质量做得较大以提高其内聚强度。
[0004]胶接强度(Bondingstrength)不仅仅是评价一种胶黏剂品质好坏的重要指标，而且几乎是目前判断一个胶接接头是否可靠的唯一依据。为了定量的表征胶黏剂的强度，需要特定的方法对其进行检测。在诸多强度表征方法中，搭接拉伸剪切测试(Lap sheartest)应用最为普遍:将胶黏剂粘在待粘合材料的一端，另一块待粘合材料平行覆盖，使两块待粘合材料平行粘接，粘接面积为S，在拉伸仪上进行拉伸试验，测出断裂时的最大应力Fmax。用最大应力除以粘接面积，S卩Fmax/S可计算出拉伸剪切强度(单位:Pa，一般用kPa或MPa)，通过比较拉伸剪切强度的大小可以衡量胶黏剂的胶接强度。(A waja F.；GilbertM.；Kelly G.；et al.Adhes1n of polymers[j].Prog Polym Sc1.2009,34:948)
[0005]聚合物复合物是基于静电、氢键、配位键、主客体相互作用等分子间弱相互作用力而形成的超分子聚集体。聚合物复合物主要包括由聚阴阳离子形成的聚电解质-聚电解质复合物，不带电荷的聚合物-聚合物复合物，聚合物-表面活性剂分子复合物以及聚合物-无机物复合物等。
[0006]聚合物在非化学等量的条件下复合，所形成的复合物表面含有丰富的剩余作用位点，这样的复合物可以作为构筑基元方便地进行层层组装构筑聚合物复合膜。与非复合的聚合物相比，聚合物复合物具有相对较大的尺寸，更加丰富的组成，并且聚合物复合物在溶液中的结构可以通过改变复合物的复合比例、温度、溶液pH值以及离子强度等参数来进行调控。因此，利用聚合物复合物和与其具有相互作用的化学物质进行交替沉积可以容易地实现复合膜材料的快速构筑，而且聚合物复合物多样可调的结构为层层组装复合膜的结构调控提供了极大的空间。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种基于聚合物复合物制备高粘合性能的水基胶黏剂的方法。此水基胶黏剂制备方法简便，仅通过溶液共混即可以得到聚合物复合物水凝胶，离心可得到致密的水基胶黏剂。这种水基胶黏剂是基于聚合物之间的多重弱相互作用而形成的，形成过程简单高效，不涉及复杂的仪器和设备;制备过程中无需添加有机溶剂，无异味无毒环保，所用原料常见，价格低廉。这种水基胶黏剂可以应用于光学玻璃、金属、木材、塑料等多种材料的粘合，并且具有很高的粘合强度，材料(除塑料外)表面无需进行预先处理或修饰，可直接粘接。本发明所制备出水基胶黏剂有望在广泛的领域中得到应用。
[0008]本发明所述方法的步骤如下:
[0009](1)构筑溶液的制备:将聚合物溶于去离子水中，超声20?60分钟，加热直至完全溶解，配成浓度为1.0?10.0mg/mL的聚合物溶液，用0.5?2M的盐酸或氢氧化钠水溶液调节pH值在1?8之间；然后将纳米填料溶于去离子水中，超声20?60分钟，加热至完全溶解，配成浓度为0.01?lmg/mL的纳米填料溶液；
[0010](2)聚合物复合物溶液的制备:将步骤(1)得到的聚合物溶液及纳米填料溶液以一定的滴速(1?10mL/min)混合在一起，纳米填料质量用量是聚合物总质量用量的0?5%，上述混合过程充分搅拌，防止由于局部物质浓度过大而产生不均匀的复合；
[0011](3)水基胶黏剂的收集:将步骤(2)制得到的聚合物复合物静置，使水凝胶充分析出，离心使聚合物复合物水凝胶作用更加充分，结构更加致密，弃去上清液即得到具有很高粘合性能的水基胶黏剂；
[0012]本发明所述的聚合物为透明质酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶中任意两种或两种以上的组合；当为两种聚合物的组合时，其质量比为1:10?10:1;
[0013]本发明所述的纳米填料为氧化石墨烯、碳纳米管、蒙脱土或纤维素纳米晶中的一种，粒径在10?50纳米之间；
[0014]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0015]1.工艺简单，原料易得，成本低；
[0016]2.所用材料无毒，无需使用有机溶剂，环保；
[0017]3.可粘接多种基底材料，如光学玻璃、金属(如铁、招)、木材(包括家具用的木制材料)或被亲水化处理过的塑料(如有机玻璃、聚四氟乙稀材料)等，大部分基底材料无需处理或修饰，可直接粘合。
[0018]本发明基于聚合物之间的多重弱相互作用制备聚合物复合物，实现了高粘合性能水基胶黏剂的制备。本方法中使用的聚合物复合物的制备方法，不需要采用复杂的仪器和原料，制备过程简单高效，无需添加有机溶剂，无毒环保，所用原料常见，价格低廉。这种水基胶黏剂可以在多种类型的材料上使用，材料(除塑料外)表面无需进行预先处理或修饰，可直接粘接，干燥后具有很高的粘合强度。本发明利用快速简便的制备方式，所制备出水基胶黏剂无毒环保并且具有很高的粘合性能，有望在广泛的领域中得到应用。
【附图说明】
[0019]图1:基于聚合物复合物制备的水基胶黏剂的状态照片，对应实施例1;
[0020]图2:a)图为镊子取出小块水基胶黏剂的状态照片，b)图为基于聚合物复合物制备的水基胶黏剂在常温条件下对金属有很强粘合力的状态照片，对应实施例1;
[0021]图3:基于聚合物复合物制备的水基胶黏剂粘合两片铁片的状态照片，可应用于搭接拉伸剪切测试，对应实施例1;
[0022]图4:基于聚合物复合物制备的水基胶黏剂粘合两片木片的状态照片，可应用于搭接拉伸剪切测试，对应实施例2;
[0023]图5:基于聚合物复合物制备的水基胶黏剂粘合两片玻璃片的状态照片，粘合后的玻璃样品两侧各固定一片铁片，应用于搭接拉伸剪切测试，对应实施例3;
[0024]图6:基于聚合物复合物制备的水基胶黏剂应用于不同基底时的拉伸剪切强度柱状图，由左向右依次对应铁片、木条和玻璃，分别对应实施例1，2和3。
[0025]图7:基于聚合物复合物制备的水基胶黏剂粘合两片亲水化处理的聚四氟乙烯薄片，可以挂载三个500g砝码，挂重约1500g。
【具体实施方式】
[0026]以下通过一些实例来进一步阐明本发明的具体实施例和结果，而不是要用这些实施例来限制本发明。
[0027]实施例1
[0028]a.构筑溶液的制备:分别配制浓度为lmg/mL的聚丙烯酸PAA去离子水溶液10mL以及浓度为lmg/mL的聚乙烯基吡咯烷酮PVP0N去离子水溶液10mL，两种溶液中所含有聚合物的质量比为1: 1，用1M的HC1水溶液调节聚合物溶液的pH值分别为4。
[0029]b.聚合物复合物的制备: