CN110819287B - 一种仿生贻贝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生贻贝胶及其制备方法，属于胶粘剂技术领域。所述仿生贻贝胶的组分包括：A组分及B组分；所述A组分为末端是异氰酸酯基团的侧链含有邻苯二酚基团的化合物；所述B组分为末端是异氰酸酯基团的聚氨酯预聚体。本发明仿生贻贝胶及其制备方法实现胶粘剂的水下快速固化。

Description

一种仿生贻贝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及胶粘剂技术领域，特别涉及一种仿生贻贝胶及其制备方法。
背景技术
随着社会发展，人们对事物的美观追求越来越重视，这就使得许多物体之间的连接方式发生了变化，从铆接到焊接，从螺接到粘接等，都是为了提高部件间的接合强度，简化连接过程，使结合部件看上去整体化。虽然对于干燥表面用胶粘剂的开发已经成熟化，但是针对潮湿表面或水下部件粘合剂的研究还在进行中。
从发现海洋生物贻贝对礁石的强黏性以来，研究者对贻贝的粘附蛋白(贻贝足蛋白)进行了剖析，发现其强键的粘合性能与邻苯二酚结构有直接联系，并且通过分子设计，将邻苯二酚及其衍生物(如DOPA)与不同分子链结合，试图获取高性能的水下胶粘剂。
现有技术中的仿生粘合剂虽能实现一定程度的水下粘接，无法实现快速固化。
发明内容
本发明提供一种仿生贻贝胶及其制备方法，解决了或部分解决了现有技术中仿生粘合剂无法实现快速固化的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种仿生贻贝胶，所述仿生贻贝胶的组分包括：A组分及B组分；所述A组分为末端是异氰酸酯基团的侧链含有邻苯二酚基团的化合物；所述B组分为末端是异氰酸酯基团的聚氨酯预聚体。
进一步地，所述A组分由含有邻苯二酚基团的单体I与异氰酸酯反应而得。
进一步地，所述单体I的结构为：
Figure BDA0002246622630000021
m＝0-5；n＝0-5；x＝1-5；y＝1-5；z＝1-5
Figure BDA0002246622630000022
(CH2)aa＝1-5或1，2，3-***基。
进一步地，所述单体I中的羟基与异氰酸酯中异氰酸酯基团的摩尔比为1∶2-1∶3。
进一步地，所述B组分由聚多元醇与异氰酸酯反应而得。
进一步地，所述B组分的聚多元醇中的羟基与异氰酸酯中异氰酸酯基团的摩尔比为1∶2-1∶3。
进一步地，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、奈二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种混合物。
进一步地，所述聚多元醇为聚丙二醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯季戊四醇醚。
进一步地，所述聚氧丙烯甘油醚的分子量为1000-10000，所述聚氧丙烯季戊四醇醚的分子量为1000-10000，所述聚丙二醇的分子量为1000-10000，所述聚乙二醇的分子量为1000-4000，所述聚四氢呋喃二醇的分子量为1000-3000。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种仿生贻贝胶的制备方法，包括以下步骤：
将A组分和B组分混合后即得仿生贻贝胶。
其中，所述A组分和所述B组分的混合比例为1:1-1:10(质量比)。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于仿生贻贝胶的组分包括A组分及B组分，A组分为末端是异氰酸酯基团的侧链含有邻苯二酚基团的化合物，B组分为末端是异氰酸酯基团的聚氨酯预聚体，所以，利用邻苯二酚基团对不同基底及在水下的强力的粘附特性，借助异氰酸酯基团遇水快速反应的能力，实现胶粘剂的水下快速固化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的仿生贻贝胶的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种仿生贻贝胶，所述仿生贻贝胶的组分包括：A组分及B组分。
A组分为末端是异氰酸酯基团的侧链含有邻苯二酚基团的化合物。
B组分为末端是异氰酸酯基团的聚氨酯预聚体。
本申请具体实施方式由于仿生贻贝胶的组分包括A组分及B组分，A组分为末端是异氰酸酯基团的侧链含有邻苯二酚基团的化合物，B组分为末端是异氰酸酯基团的聚氨酯预聚体，所以，利用邻苯二酚基团对不同基底及在水下的强力的粘附特性，借助异氰酸酯基团遇水快速反应的能力，实现胶粘剂的水下快速固化。
具体地，A组分由含有邻苯二酚基团的单体I与异氰酸酯反应而得。
具体地，单体I的结构为：
Figure BDA0002246622630000041
m＝0-5；n＝0-5；x＝1-5；y＝1-5；z＝1-5
Figure BDA0002246622630000042
(CH2)aa＝1-5或1，2，3-三哗基。
具体地，单体I中的羟基与异氰酸酯中异氰酸酯基团的摩尔比为1∶2-1∶3。
具体地，B组分由聚多元醇与异氰酸酯反应而得。
具体地，B组分的聚多元醇中的羟基与异氰酸酯中异氰酸酯基团的摩尔比为1∶2-1∶3。
具体地，异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、奈二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种混合物。
具体地，聚多元醇为聚丙二醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯季戊四醇醚。
具体地，聚氧丙烯甘油醚的分子量为1000-10000，聚氧丙烯季戊四醇醚的分子量为1000-10000，聚丙二醇的分子量为1000-10000，聚乙二醇的分子量为1000-4000，聚四氢呋喃二醇的分子量为1000-3000。
参见图1，本申请基于相同的发明构思，还提供一种仿生贻贝胶的制备方法，包括以下步骤：
将A组分和B组分混合后即得仿生贻贝胶。
其中，所述A组分和所述B组分的混合比例为1:1-1:10。
本申请利用简单的化学反应，高效地合成了具有邻苯二酚基团的聚氨酯预聚体复配物；合成方法简单高效，易于操作过程的放大。
本申请中邻苯二酚基团提供了可水下粘附的锚点，端异氰酸酯基团遇水快速反应的特性不仅提供了优异的内聚力，同时可去除粘附界面上的水合层，促进体系对基底的粘附力，使得本申请制备的仿生贻贝胶具有水下快速固化、强劲粘合的特点。
本发明所制备的仿贻贝胶在水下固化10min后，胶合强度即可达到2MPa以上，实现了合成高分子与天然贻贝粘附蛋白的完美结合，可望突破当前仿生贻贝胶的技术瓶颈，同时也为基于贝类开发仿生高分子材料提供了新的途径。
为了更清楚介绍本发明，下面从本发明的具体地实施例予以介绍。
实施例1
将单体I-01与甲苯二异氰酸酯以1:2的摩尔比混合反应，即取10.00g单体I-01溶于8.31g甲苯二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分。
将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取3.00聚丙二醇(分子量＝1000)与14.82g甲苯二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分。
A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000051
单体I-01的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000061
实施例2
将单体I-02与二苯甲烷二异氰酸酯以1:2的摩尔比混合反应，即取12.00g单体I-02溶于13.84g二苯甲烷二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2.4的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取4.00g聚乙二醇(分子量＝1000)与23.71g二苯甲烷二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000062
单体I-02的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000071
实施例3
将单体I-03与二苯甲烷二异氰酸酯以1:3的摩尔比混合反应，即取8.00g单体I-03溶于9.22g二苯甲烷二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:3的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取3.00g聚四氢呋喃二醇(分子量＝8000)与22.24g二苯甲烷二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000072
单体I-03的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000081
实施例4
将单体I-04与奈二异氰酸酯以1:2.5的摩尔比混合反应，即取15.00g单体I-04溶于17.51g奈二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2.5的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取5.00g聚氧丙烯甘油醚(分子量＝5000)与20.59g奈二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000082
单体I-04的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000091
实施例5
将单体I-05与苯二亚甲基二异氰酸酯以1:3的摩尔比混合反应，即取5.00g单体I-05溶于6.52g苯二亚甲基二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2.8的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取6.00g聚氧丙烯季戊四醇醚(分子量＝9000)与20.75g苯二亚甲基二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000092
单体I-05的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000101
实施例6
将单体I-06与异佛尔酮二异氰酸酯以1:2.5的摩尔比混合反应，即取10.00g单体I-06溶于18.65g异佛尔酮二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2.5的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取3.00g聚乙二醇(分子量＝4000)与18.53g异佛尔酮二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000102
单体I-06的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000111
实施例7
将单体I-07与六亚甲基二异氰酸酯以1:2的摩尔比混合反应，即取8.00g单体I-07溶于8.31g六亚甲基二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即3.00g聚丙二醇(分子量＝10000)与14.82g六亚甲基二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000112
单体I-07的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000113
实施例8
将单体I-08与奈二异氰酸酯以1:3的摩尔比混合反应，即取15.00g单体I-08溶于22.57g奈二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:3的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取3.00g聚四氢呋喃二醇(分子量＝6000)与22.24g奈二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000121
单体I-08的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000122
实施例9
将单体I-09与二苯甲烷二异氰酸酯以1:2.5的摩尔比混合反应，即取8.00g单体I-09溶于10.23g二苯甲烷二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2.5的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取3.00g聚氧丙烯甘油醚(分子量＝7000)与12.35g二苯甲烷二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000131
单体I-09的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000132
实施例10
将单体I-10与异佛尔酮二异氰酸酯以1:2的摩尔比混合反应，即取8.00g单体I-10溶于8.31g异佛尔酮二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取3.00g聚氧丙烯季戊四醇醚(分子量＝3000)与7.41g异佛尔酮二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000133
单体I-10的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000141
实施例11
将单体I-11与异佛尔酮二异氰酸酯以1:2.7的摩尔比混合反应，即取5.00g单体I-11溶于12.00g异佛尔酮二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2.7的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取5.00g聚氧丙烯季戊四醇醚(分子量＝3000)与16.68g异佛尔酮二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000142
单体I-11的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000143
实施例12
将单体I-12与异佛尔酮二异氰酸酯以1:2.7的摩尔比混合反应，即取5.00g单体I-12溶于12.00g异佛尔酮二异氰酸酯搅拌反应2h后得A组分，将羟基与异氰酸酯以摩尔比为1:2.7的聚多元醇与异氰酸酯混合反应，即取5.00g聚氧丙烯季戊四醇醚(分子量＝3000)与16.68g异佛尔酮二异氰酸酯搅拌反应3h后得B组分，A组分与B组分以不同质量比例混合后所得仿贻贝胶的粘合强度(玻璃基材，水下固化10min后测试粘合强度)如下表所示，可见该仿贻贝胶的粘合性能随B组分的比例增大而变高。
Figure BDA0002246622630000151
单体I-12的结构如下所示：
Figure BDA0002246622630000152
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种仿生贻贝胶，其特征在于，所述仿生贻贝胶的组分包括：A组分及B组分；
所述A组分为末端是异氰酸酯基团的侧链含有邻苯二酚基团的化合物；
所述B组分为末端是异氰酸酯基团的聚氨酯预聚体；
所述A组分由含有邻苯二酚基团的单体I与异氰酸酯反应而得；
所述单体I的结构为：
Figure FDA0003228029630000011
所述单体I中的羟基与异氰酸酯中异氰酸酯基团的摩尔比为1:2-1:3；
所述B组分由聚多元醇与异氰酸酯反应而得；
所述B组分的聚多元醇中的羟基与异氰酸酯中异氰酸酯基团的摩尔比为1:2-1:3。
2.根据权利要求1所述的仿生贻贝胶，其特征在于：
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的仿生贻贝胶，其特征在于：
所述聚多元醇为聚丙二醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯季戊四醇醚。
4.根据权利要求3所述的仿生贻贝胶，其特征在于：
所述聚氧丙烯甘油醚的分子量为1000-10000，所述聚氧丙烯季戊四醇醚的分子量为1000-10000，所述聚丙二醇的分子量为1000-10000，所述聚乙二醇的分子量为1000-4000，所述聚四氢呋喃二醇的分子量为1000-3000。
5.一种仿生贻贝胶的制备方法，制备如权利要求1-4任意一项所述的仿生贻贝胶，其特征在于，所述仿生贻贝胶的制备方法包括以下步骤：
将A组分和B组分混合后即得仿生贻贝胶；
其中，所述A组分和所述B组分的混合质量比例为1:1-1:10。
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