[发明专利]一种可于水体中使用的高分子胶粘材料体系及其应用

说明书

本发明属于水下胶粘材料技术领域，具体涉及一种可于水体中使用的高分子胶粘材料体系及其应用。所述高分子胶粘材料体系包括：正电性聚电解质、负电性聚电解质及有机溶剂；其中，所述正电性聚电解质为具有儿茶酚基团和有机阳离子的共聚物；所述负电性聚电解质为具有有机阴离子的聚合物；所述有机溶剂与水具有良好的相容性，能够实现溶剂交换。所述高分子胶粘材料体系不仅在水环境中具有优异的粘结性和力学强度，而且固化速度快，适用基材多样化，可作为优良的水环境胶粘剂材料，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水下胶粘材料技术领域，具体涉及一种可于水体中使用的高分子胶粘材料体系及其应用。

背景技术

胶粘剂能够通过表面浸润、物理吸附、机械互锁、化学键合、高分子网络等机制产生优异的粘附力和内聚力，固化成形后具有足够的强度，从而实现两种或两种以上的固体材料或制件之间的牢固粘接。从传统轻工产业到高精尖科技领域，粘接剂已经成为不可缺少且无法替代的重要材料。

目前大多数商品化的胶粘剂只适用于干燥环境。在潮湿和水相环境中，基材表面形成的水合层会阻碍胶粘剂的界面浸润和黏附，使胶粘剂难以涂装和固化，同时水分子会渗入胶粘剂内部，使其分子网络结构发生溶胀和降解，从而使胶粘强度大幅降低直至失效。

近年来，随着生物医学和海洋工程等前沿交叉学科的蓬勃发展，对可应用于潮湿和水相环境中的胶粘剂的需求也日益提高，研发高效水下胶粘剂材料体系对于实现外科手术中生物组织之间的快速黏合与海洋环境中舰船、隧道、浮标、电缆等设施的即时修复具有极其重要的意义。例如CN109810663A 公开了一种具有环境普适性的金属粘结剂，该技术利用邻苯二酚基团以及氧化石墨烯上富含的羧基和羟基，提高粘结剂与金属表面间的相互作用力，获得一种既可在干燥条件下施工，又可在水环境下施工的金属粘结剂。然而该技术仅适用于焊接类金属基材，适应性较为单一；而且为了达到高强度，需要较长固化时间，不利于提高施工效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可于水体中使用的高分子胶粘材料体系。所述高分子胶粘材料体系不仅在水环境中具有优异的粘结性和力学强度，而且固化速度快，适用基材多样化，可作为优良的水环境胶粘剂材料，具有广阔的应用前景。

所述高分子胶粘材料体系包括：正电性聚电解质、负电性聚电解质及有机溶剂；其中，

所述正电性聚电解质为具有儿茶酚基团和有机阳离子的共聚物；

所述负电性聚电解质为具有有机阴离子的聚合物；

所述有机溶剂与水具有良好的相容性，能够实现溶剂交换。

本发明研究发现，季铵盐阳离子与聚合物上的负电荷基团之间存在静电力作用，从而可使正、负电性聚电解质形成复合结构，保证胶粘剂具有更强劲的内聚力；同时季铵盐阳离子与儿茶酚基团配合能够实现更强力的界面吸附，因此本发明提出基于界面黏附力与材料内聚力的双重作用实现强力的水下粘接效果的发明构想。

然而，在研究过程中发现，两种聚合物在水中难以实现复合结构，无法实现水下粘接；为此，发明人引入溶剂交换技术，在可实现溶剂交换作用的有机溶剂(例如DMSO)中溶解两种聚合物，再将溶液注入水中，利用有机溶剂与水之间良好的相容性，将有机溶剂带走，促进正电性聚电解质与负电性聚电解质之间的静电力作用，并迅速发生相分离，从而形成凝聚态的聚电解质复合物；同时，有机阳离子水合能较低，可驱除水环境中基材表面的水合层，促进所述儿茶酚基团通过双氢键、阳离子-π键、金属络合、疏水力等关系作用牢固地吸附于水环境中的基材表面(如图1)。所得聚电解质复合物在水中表现出有效的浸润性和稳定的黏附性。相比于现有儿茶酚类水下胶粘剂，本发明构建的高分子胶粘材料体系具有可水下涂装、快速固化、性能强效等优点。