基于没食子酸的聚酯粘合剂的制备及其性能研究

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粘合剂广泛应用于工业生产和日常生活,但市售的粘合剂通常仅能在干燥环境中与基材形成牢固的粘合作用,而在潮湿环境中,由于界面存在的水合层阻碍粘合剂对基材表面的浸润,减少了有效粘合面积,导致粘合剂的湿粘合性较低而无法满足使用需求。贻贝在海水中可牢固粘附在各种基材表面,研究表明,贻贝优异的水下粘合性能归因于多酚和脂肪族疏水链段的协同作用。受贻贝水下粘附启发,本论文以具有多功能基团、强粘附作用的没食子酸(GA)为功能单体,通过调控共聚单体的结构制备了三种具有良好水下粘合性能的聚酯粘合剂。主要工作如下:(1)以天然多酚GA为粘附功能单体,与生物基单体乳酸(LA)共聚制备聚酯粘合剂P(GA-co-LA)。通过调控两种单体的配比,得到一系列功能基含量不同的聚酯。LA链段疏水以驱除界面水合层,促使GA与基材表面充分浸润,从而形成强的界面相互作用。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振波谱(~1H NMR)证实共聚物合成成功;紫外-可见光谱(UV-Vis)和arnows’比色测定法表明聚合物链末端含有邻苯三酚基团。P(GA-co-LA)的玻璃化转变温度高于25℃,室温下具有较高的内聚力;在60°C的热压温度和70 kPa的预负载下,粘合剂对玻璃、铁板、铝板和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的最高湿粘合强度分别可达3.20 MPa、2.35 MPa、2.37 MPa和0.81 MPa,优于市售的水下粘合剂;P(GA-co-LA)细胞毒性较低,在猪皮上的粘合强度达到28 kPa,显示出良好的生物相容性和组织粘合性。(2)疏水长脂肪链有利于提高粘合剂在水下的长期稳定性,选用自制的聚己内酯(PCL)与GA单体反应制备一系列功能基含量不同的水下粘合剂P(GA-co-CL)。通过FT-IR、~1H NMR、UV-Vis和arnows’比色测定法确认共聚物的结构。在最佳配比下制得的P(GA-co-CL)的熔融温度较低,60°C下即可发生熔融粘合,在玻璃、铝板、铁板和PET上的湿粘合强度分别为2.48 MPa、1.28 MPa、1.48 MPa和0.60 MPa;由于CL链段提高了聚合物的疏水性,粘附玻璃后的样品在水下浸泡4周后,粘合强度没有明显下降,同时,在酸性溶液和盐溶液中,粘合剂也可实现对基材的牢固粘合,表现出良好的水下长期稳定性、耐盐及耐酸性;P(GA-co-CL)细胞毒性较低,且在猪皮上的粘合强度达到25 kPa,优于市售的纤维蛋白胶。(3)粘合剂的按需脱粘可实现粘合基材的回收利用,在实际应用中具有重要意义。以上述制备的P(GA-co-CL)为主链,接枝光响应偶氮苯基团,制备光控可逆的水下粘合剂azo-P(GA-co-CL)。通过FT-IR、UV-Vis和X-射线光电子能谱(XPS)证实成功将偶氮苯接枝至聚合物中;arnows’比色测定法证明聚合物中存在多酚基团;azo-P(GA-co-CL)在玻璃、石英、PET和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上的湿粘合强度分别为1.97 MPa、1.53 MPa、0.82 MPa和0.60 MPa;偶氮苯基团的顺反异构和光热效应使azo-P(GA-co-CL)在紫外光照射后发生固-液转变,导致粘合剂的内聚力急剧下降,从而实现按需脱粘,而在可见光照射下,粘合剂又可重新粘附到基材表面;在粘合-脱粘四个循环后,azo-P(GA-co-CL)的粘合强度仍然达到1.68 MPa,显示出良好的循环粘合性能。
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