一种致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂及其制备方法和应用

本发明属于胶粘剂制备，具体涉及一种致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、可持续性在化学工业和人类社会中变得越来越关键，原因包括石油资源减少、环境问题以及需要制定长期解决方案等因素。其中一个有前景的方向是寻找替代的可再生原材料来源，减少废物和排放，并采用环保的制造过程，这些都是向更可持续的化学社会迈进的重要步骤，胶粘剂材料领域也经历了这种演变，从基于化石燃料转向了从植物油、蛋白质、糖类和其他可再生资源中提取生物基材料。在古代，早期人类使用从植物和动物中提取的天然物质，如植物树脂、焦油和蜂蜡，将物体粘合在一起。在现代社会，工业革命带来了胶粘剂技术的显著进步，促进了合成胶粘剂的开发，这些胶粘剂具有多功能性和高性能，如环氧树脂和丙烯酸。尽管现代胶粘剂被广泛使用且有效，但它们带来了环境影响和健康问题，如资源枯竭、挥发性有机化合物（vocs）、毒性、对非可再生资源的依赖以及长期降解。

2、生物基超分子胶粘剂通过将可再生的自然材料与超分子相互作用的独特性能结合起来，代表了胶粘技术的创新方法。尽管有所进展，但由于非共价相互作用的固有弱点，目前生物基超分子胶粘剂的粘接强度仍相对较弱，与传统合成胶粘剂相比。目前，大量的研究工作致力于通过增加胶粘剂的粘附和内聚力强度来提高其粘合性能，粘附指胶粘剂与被粘合物之间的界面粘合强度，一般通过化学修饰特定的官能团来增加物体与胶粘剂之间的相互作用强度。而内聚力指胶粘剂自身的机械强度，一般通过改变非共价相互作用方式来调节其机械强度，如氢键，金属配位键，主客体相互作用等。众所周知，聚合物交联密度对材料的机械强度影响很大。因此，拟研究非共价相互作用的密度对超分子生物基超分子胶粘剂粘合性能的影响。通过调节非共价相互作用的密度，以氢键密度为例，从而实现具有较高粘合性生物基超分子胶粘剂的制备。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂及其制备方法和应用。

2、ta（单宁酸）是一种具有多个酚羟基的树枝状自然有机化合物，由于其具有形成多重非共价相互作用的潜质而被广泛应用于生物基胶粘剂的制备，ma（苹果酸）和ca（柠檬酸）是一类天然的有机酸，二者具有相同的化学结构和不同的立体机构，前者为双官能度的线性结构，后者为三官能度的体型结构，在制备超分子胶粘剂的过程中，在相同的投料比的条件下，后者形成的氢键密度更大，纯ta不能形成胶粘剂，由于材料内部分子的规则排列而结晶成晶体粉末。

3、当单宁酸和苹果酸或柠檬酸混合配制溶液，随着溶剂水的不断挥发，溶液会逐渐粘稠形成超分子胶粘剂，这很可能因为单组分的单宁酸结构规整容易规则排列而结晶析出，而两组分的混合物由于无法规则排列以及分子间强氢键作用导致形成无定形超分子交联聚合物。

4、具体技术方案如下：

5、一种致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：将单宁酸和柠檬酸或苹果酸加水混合配制混合溶液，于40-60℃下充分搅拌12-24h，充分构建体系内部氢键网络，待反应度超过其凝胶点时，溶液变粘稠，得到致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂。

6、进一步地，单宁酸在生物基超分子胶粘剂中的物质的量占比为10-40%。

7、进一步地，单宁酸在生物基超分子胶粘剂中的物质的量占比为10%。

8、进一步地，加水后柠檬酸或苹果酸在溶液中的浓度为2mol/l。

9、一种采用上述制备方法制备得到的致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂。

10、一种致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂的应用。

11、本发明的有益效果：

12、1）本发明制备得到的胶粘剂展现出了优越的粘附强度、韧性和对环境因素的抵抗力；

13、2）本发明的超分子胶粘剂制备简单，原料廉价易得，且绿色环保可再生；

14、3）本发明的胶粘剂可以重复使用，对不同材质都具有胶粘作用，尤其适用于金属的胶粘。

技术特征：

1.一种致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将单宁酸和柠檬酸或苹果酸加水混合配制成混合溶液，于40-60℃下搅拌12-24h，构建体系内部氢键网络，待反应度超过其凝胶点时，溶液变粘稠，得到致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，单宁酸在生物基超分子胶粘剂中的物质的量占比为10-40%。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，单宁酸在生物基超分子胶粘剂中的物质的量占比为10%。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，加水后柠檬酸或苹果酸在溶液中的浓度为2mol/l。

5.一种采用如权利要求1-4任一所述的制备方法制备得到的致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂。

6.一种如权利要求5所述的致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂的应用。

技术总结本发明公开了一种致密氢键增强的生物基超分子胶粘剂及其制备方法和应用，该胶粘剂将单宁酸（TA）和柠檬酸（CA）或苹果酸（MA）混合配制溶液，随着溶剂水的不断挥发，溶液会逐渐粘稠形成超分子胶粘剂（BAS），将可再生分子与创新的超分子相互作用结合起来，通过氢键作用，这些胶粘剂表现出较强的粘附能力。由于BAS（CA）相对于BAS（MA）具有更大的氢键密度因此BAS（CA）表现出更强的黏附性能，最大为6.0 MPa，而BAS（MA）相对较弱，最强为4.0 MPa。此外，本发明制备得到的胶粘剂展现出了优越的粘附强度、韧性和对环境因素的抵抗力。技术研发人员：杨振宇,白潼潼,纪晓婷受保护的技术使用者：盐城师范学院技术研发日：技术公布日：2024/7/4