本發明屬于膠粘劑,具體涉及一種智能響應膠粘劑及其制備方法和應用。
背景技術:
1、熱熔膠粘劑(hma)是一種100%固含、無溶劑、加熱熔融涂布、冷卻固化粘接的熱塑性膠粘劑,是目前包裝、衛材、汽車、電子、木工領域用量最大、產業化最成熟的溫度觸發型膠粘劑。
2、可逆動態鍵聚氨酯(dpu)是在聚氨酯主鏈或交聯網絡中引入可逆共價鍵/非共價鍵,實現熱/光/化學/機械觸發的自修復、可重加工、可回收、可逆粘接的新一代智能聚氨酯,是當前熱熔膠粘劑的熱門研究方向。例如,中國發明專利cn118638503a公開一種含多種動態共價鍵交聯可重復使用聚氨酯熱熔膠及其制備方法和應用,通過聚酯多元醇、二異氰酸酯、含肟結構單元的小分子擴鏈劑、雙馬來酰亞胺和含呋喃結構單元的小分子擴鏈劑反應而得;該發明提供的聚氨酯熱熔膠作為熱熔膠粘劑比聚肟氨酯熱熔膠粘劑更穩定,且具有固化速度快,初始粘接強度高,可按需重復粘接-拆卸,耐熱性、耐溶劑性以及耐候性優良的特點。但是其含有的多種動態鍵,一方面為了保證其動態鍵均能實現解離,其使用過程中溫度需要提高至120~140℃,而高溫導致聚合物降解或其他副反應,從而導致冷卻再次交聯時導致動態鍵鍵合不完全,難以穩定重復,工業可操作性差;尤其地,聚合物中存在多種動態鍵很容易產生不可逆交聯,從而導致越來越難脫粘,降低了重復使用的次數。中國發明專利cn118496800a公開了一種熱可逆聚氨酯類膠粘劑組合物和相關的粘合方法以及粘合物品,所述熱可逆聚氨酯類膠粘劑組合物包括多官能馬來酰亞胺類物質和呋喃封端的預聚物的反應產物,其中,呋喃封端的預聚物包括單官能呋喃類物質和異氰酸酯封端的預聚物的反應產物,其中,異氰酸酯封端的預聚物包括二異氰酸酯和雙官能低聚物的反應產物,該雙官能低聚物(a)在第一末端由α部分封端,其中,所述α部分是羥基或胺基,并且(b)在與所述第一末端相反的第二末端由ω部分封端,其中,所述ω部分是羥基或胺基,得到的呋喃封端的預聚物具有線性結構。然而,在進一步的研究過程中發現,包括上述的cn118496800a提供的線性結構的呋喃封端的預聚物在內的聚合物與雙馬來酰亞胺進行膠黏反應得到的膠粘劑在實際使用時僅能夠實現部分溫觸使用效果,其在到達溫觸條件,膠帶軟化實現剝離,冷卻后可重復利用,但是膠帶多次使用后部分動態鍵(例如da、二硫鍵、肟-氨基甲酸酯等)斷裂后無法完全重組,且軟化后的膠帶界面由于網絡解離產生的流動導致界面微缺陷,多次重復利用界面微缺陷累積導致膠帶粘性和剪切強度下降。
3、因此,本發明在現有技術的基礎上提供一種智能響應膠粘劑,采用含動態可逆共價鍵的互穿網絡結構的聚合物來解決現有技術存在的問題。
技術實現思路
1、本發明的主要目的在于提供一種智能響應膠粘劑及其制備方法和應用,以克服現有技術的不足。
2、為實現以上發明目的,本發明采用了如下所述的技術方案。
3、作為發明的第一個目的,本發明提供一種智能響應膠粘劑,以呋喃封端聚氨酯預聚物作為雙烯體,雙馬來酰亞胺交聯劑作為親雙烯體,與呋喃封端聚氨酯預聚物的呋喃基團通過diels-alder反應,形成具有含動態可逆共價鍵的互穿網絡結構的聚合物;所述智能響應膠粘劑加熱至觸發溫度可逆地發生“黏附-滑移”的構象轉變。
4、作為一種優選的實施方式,所述智能響應膠粘劑為呋喃封端聚氨酯預聚物和雙馬來酰亞胺交聯劑的反應產物。
5、作為一種優選的實施方式,呋喃封端聚氨酯預聚物40?~?60份和雙馬來酰亞胺交聯劑5~10份組成。
6、作為一種優選的實施方式,所述智能響應膠粘劑的觸發溫度為60~70℃;該互穿網絡在60~70℃發生解離,此時,d-a鍵發生可逆斷裂,導致網絡暫時“軟化”,宏觀表現為內聚強度驟降,實現“滑移”。
7、作為一種優選的實施方式,所述智能響應膠粘劑中還包括催化劑。
8、優選地,所述催化劑為二月桂酸二丁基錫或辛酸亞錫。
9、更優選地,所述催化劑為二月桂酸二丁基錫。
10、更優選地,以呋喃封端聚氨酯預聚物計,所述催化劑的添加量為0.1~1.5wt%。
11、作為發明的第二個目的,本發明還提供了一種如上文所述的智能響應膠粘劑的制備方法,具體步驟包括:
12、s1、提供呋喃封端聚氨酯預聚物
13、將聚乙二醇peg在110~120℃、-0.095?mpa真空條件下脫水2小時,降溫至60℃后,加入二異氰酸酯,其中,在氮氣保護下于80~85℃條件下,-nco與-oh反應3~4小時,得到異氰酸酯封端的聚氨酯預聚物;降溫至40~50℃,加入糠醇,糠醇與殘留的-nco繼續反應2~3小時,得到呋喃封端聚氨酯預聚物fppu;
14、s2、將雙馬來酰亞胺交聯劑加入至所述呋喃封端聚氨酯預聚物中,在60~70℃、200~500?rmp條件下攪拌15~30分鐘,使雙馬來酰亞胺交聯劑均勻分散在基體中,形成均相混合物,即為所述智能響應膠粘劑
15、優選地,聚乙二醇peg的數均分子量為1000~2000。
16、優選地,-nco與-oh的摩爾比為1.2~1.5:1。
17、優選地,糠醇與殘留-nco的摩爾比為1.05~1.1:1。
18、優選地,所述呋喃封端聚氨酯預聚物的數均分子量為3000~8000。
19、作為發明的第三個目的,本發明還提供了一種智能響應膠帶,至少具有柔性支撐層-智能響應膠粘層-界面功能層的多層結構,其中,所述智能響應膠粘層為如上文所述的智能響應膠粘劑,所述柔性支撐層為含有聚脲鍵的彈性網絡的聚氨酯。
20、作為一種優選的實施方式,所述柔性支撐層為端羥基聚丁二烯和二異氰酸酯的反應產物,形成不可逆的聚氨酯/聚脲鍵,構建一個永久性的彈性網絡;柔性支撐層發揮猶如“腳手架”結構來保持膠層整體結構完整,確保響應網絡在解離時不會完全流動,且冷卻后能快速恢復形狀,從而避免在互穿網絡解離過程中導致的界面缺陷,提高膠帶的重復使用次數。
21、作為一種優選的實施方式,端羥基聚丁二烯和二異氰酸酯的質量比為30~40:8~12。
22、作為一種優選的實施方式,所述界面功能層為低表面能離型樹脂涂覆在所述柔性支撐層的表面得到。
23、作為一種優選的實施方式,還包括熱致變色指示層;所述熱致變色指示層是由熱致變色微膠囊進行可逆熱致變色過程。
24、作為一種優選的實施方式,所述熱致變色微膠囊的芯材為結晶紫內酯與雙酚a的混合物,反應過程的顏色變化溫度為60℃,顏色由紅→無色,直觀且準確地指示觸發溫度。
25、作為一種優選的實施方式,所述柔性支撐層中還包括熱致變色微膠囊,芯材為結晶紫內酯與雙酚a的混合物。
26、作為發明的第四個目的,本發明還提供一種如上文所述的智能響應膠帶在汽車內飾、電子產品中的應用。
27、與現有技術相比,本發明的有益效果在于:
28、1、本發明以呋喃封端聚氨酯預聚物作為雙烯體,雙馬來酰亞胺交聯劑作為親雙烯體,通過diels-alder反應,形成具有含動態可逆共價鍵的互穿網絡結構的聚合物,在觸發溫度可逆的發生“黏附-滑移”構象轉變,且反應產物的動態鍵的可逆反應溫度低,能夠精確地控制剝離溫度,解離后剪切強度驟降,內聚失效,剝離力曲線陡峭,從而實現無殘留的潔凈剝離。
29、2、端羥基聚丁二烯和二異氰酸酯的反應產物,形成不可逆的聚氨酯/聚脲鍵,構建一個永久性的彈性網絡;柔性支撐層發揮猶如“腳手架”結構來保持膠層整體結構完整,確保響應網絡在解離時不會完全流動,且冷卻后能快速恢復形狀,從而避免在互穿網絡解離過程中導致的界面缺陷,提高膠帶的重復使用次數。
30、4、本發明通過低溫觸發動態鍵的解離,減少解離過程的副反應,提高膠帶產品的穩定的重復性能。
31、5、本發明通過在膠帶表層提供可視化的熱致變色指示層,其與觸發溫度一致性,保證膠帶脫粘的溫度的精準控制。
32、4、通過柔性支撐層的快速冷卻的作用,與動態鍵的互穿網絡協同作用,避免現有技術中的熱剝離膠帶對低熔點層熔化作用的依賴,使膠帶具有一個穩定的結構,避免剝離殘留。