一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用

本发明涉及高分子胶粘剂领域，具体涉及一种聚离子液体粘合剂的制备方法。

背景技术：

1、粘合剂是一类天然或合成的有机或无机物质，通过界面粘附和材料内聚使两个或多个部分或材料结合在一起的物质。由于其性价比高和可靠的性能，粘合剂已被广泛应用于多个行业，包括电子、汽车、建筑和航空。粘合剂的结构通常包括各种极性基团，以增强基底相互作用和它们自身的内聚力，如尿素、羟基、酯、胺和醚键。不幸的是，在复杂的水下和油田环境中，来自水和油层的阻碍，以及粘合剂的膨胀行为，可以显著减少这些相互作用，甚至导致粘接失败。在高温下，特别是有机粘合剂的热稳定性降低了系统内的内聚力，使它们极易软化，并最终导致与基底的脱离。因此，合成一种耐高温，且能在复杂环境下使用的高性能胶粘剂至关重要。

2、离子液体则是完全由离子组成的有机盐，具有一系列独特的物理化学性质，如不燃性、高热稳定性、宽电化学窗口和结构可设计性。由于其固有的离子极性，离子液体极难溶解于非极性油中（油溶解度<<1 wt.%），表现出强烈的拒油特性。因此，基于离子液体设计的粘合剂有望在油下和高温环境下应用。然而，传统离子液体室温表现为液体，极大限制了离子液体的应用范围。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在问题，本发明公开一种聚离子液体粘合剂的制备方法，通过胺的质子化反应对多胺化合物进行离子化，并进一步利用胺和环氧树脂之间高效的点击化学反应快速生成聚离子液体作为粘合剂，整个化学反应在无催化剂条件下，室温下进行，没有副产物且100%原子利用率，适合工业大规模使用。

2、一、聚离子液体粘合剂的制备

3、一种聚离子液体粘合剂，具有如下结构式：

4、。

5、制备方法：首先将四乙烯五胺和磷酸二异辛酯按等摩尔比混合，在室温下搅拌反应10~12h，真空干燥，得到离子液体单体；随后向得到的离子液体单体加入占其质量0.5~1倍的1,2,7,8-二环氧辛烷，在室温下反应6~10h，真空干燥，即得聚离子液体粘合剂。

6、二、聚离子液体粘合剂的结构及性能

7、1、结构表征

8、首先对制备得到的离子液体单体进行核磁质谱分析，结果如图1所示。由图1可知，[teta][dehp]1h nmr (chloroform-d, 600 mhz) δ 0.80–0.92 (m, 12 h, ch3), 1.16–1.59 (m, 18 h, ch, ch2), 2.35–3.00 (m, 16 h, -ch2-ch2-n), 3.65–3.80 (m, 4h, o-ch2-ch), 4.17–4.63 (s, nh)。

9、其次，对制备得到的聚离子液体进行红外表征，结果如图2所示。由图2可知，在离子液体单体和聚离子液体红外谱图中并没有观察到出现在1,2,7,8-二环氧辛烷中912cm-1处的环氧特征峰和3055 cm-1处的亚甲基特征峰。并且，聚离子液体红外谱图中出现新的羟基峰。这充分表示1,2,7,8-二环氧辛烷与离子液体单体中的胺基充分发生了反应，从而证明了聚离子液体合成。

10、再者利用凝胶色谱法（gpc）测得聚离子液体的重均分子量为16291 da。

11、2、热稳定性

12、对制备得到的离子液体单体和聚离子液体粘合剂分别进行热重分析，结构如图4所示。由图4可知，聚离子液体（poly[teta][dehp]）失重5wt.%时的分解温度为257.7℃，离子液体单体（[teta][dehp]）的5wt.%失重为207.4℃，表明聚合后离子液体的热稳定性显著提高。

13、三、聚离子液体粘合剂在极端环境下的应用探究

14、1、高温环境粘结测试

15、在电子万能试验机拉伸模式下考察本发明制备的聚离子液体粘合剂在钢、铁、铝、铜金属表面的粘接性能。拉伸试验温度25 ℃，拉伸速率3mm/min。实验时将聚离子与人体粘合剂乙醇溶液滴加在金属表面待粘区域内（1.25cm×2.5cm），通过按压和在150℃下保持1min即可实现粘接。为了进一步测试胶粘剂的热稳定性，我们在150℃下继续保持6h，冷却至室温后进行拉伸测试，实验结果如图5所示。

16、由图5可知，在高温处理后，聚离子液体粘合剂的粘接强度仍达到了6mpa以上，即使在存在致密氧化产物的金属铝表面，其粘接强度依旧达到了2mpa以上。

17、2、含油表面粘结测试

18、为进一步考察聚离子液体粘合剂在极端环境下的粘接性能，我们将上述待测金属（钢、铁、铝、铜）浸入硅油中多次，并重复上述拉伸试验，结果如图6所示。

19、由图6可知，虽然在硅油表面，聚离子液体对金属的粘接强度有所降低，但他们依旧保持在1mpa级别以上，对钢和铜的粘接强度达到了2mpa以上。因此上述系列试验表明本发明制备的聚离子液体粘合剂具有优异的耐高温性能和油下粘接能力。

20、综上，本发明聚离子液体粘合剂制备方法简单，不含卤素、硫等活性元素，通过胺的质子化反应对多胺化合物进行离子化，进一步利用胺和环氧树脂之间高效的点击化学反应快速生成聚离子液体作为粘合剂，整个化学反应在无催化剂条件下，室温下进行，没有副产物且100%原子利用率，适合工业大规模使用。制备出的聚离子液体粘合剂在在高温和油污表面均表现出优异的胶粘性能，有望作为高温粘合剂在机械工领域获得广泛的应用。

技术特征：

1.一种聚离子液体粘合剂，具有如下结构式：

2.一种如权利要求1所述聚离子液体粘合剂的制备方法，其特征在于，首先将四乙烯五胺和磷酸二异辛酯按等摩尔比混合，在室温下搅拌反应10~12h，真空干燥，得到离子液体单体；随后向得到的离子液体单体加入占离子液体单体质量0.5~1倍的1,2,7,8-二环氧辛烷，在室温下反应6~10h，真空干燥，即得聚离子液体粘合剂。

3.一种如权利要求1所述聚离子液体粘合剂在高温环境下含油金属表面的粘结应用。

技术总结本发明公开一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用，通过利用胺的质子化反应对多胺化合物进行离子化得到离子液体单体，再进一步利用胺和环氧树脂之间高效的点击化学反应快速生成聚离子液体作为粘合剂。整个化学反应在无催化剂条件下，室温下进行，没有副产物且原子利用率100%，适合工业大规模使用。制备出的粘合剂在高温150℃下，在有油和无油的金属表面均表现出极强粘合性能。技术研发人员：张松伟,胡丽天,方洪岭,李毅,曲关瑷,李昊坤受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13