[发明专利]一种基于多官能团刚性疏水组分的超支化聚合物水下粘合剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于多官能团刚性疏水组分的超支化聚合物水下粘合剂及其制备方法和应用，水下粘合剂为超支化聚合物及其组装体，超支化聚合物以多官能团刚性分子为疏水组分，以邻苯二酚和/或N‑羟基琥珀酰亚胺酯基团两种粘附基团作为侧基；超支化聚合物组装体为超支化聚合物在不良有机溶剂中发生构象的变化形成刚性疏水组分轻微聚集的组装体。本发明粘合剂遇水即粘，10s内形成凝聚层，无需加入任何氧化剂，固化速度快，水下粘附浸泡3天对陶瓷、玻璃的粘附强度可达1.1MPa，可以实现在各种水环境中对陶瓷、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚四氟乙烯、金属等基材的水下强粘附以及对各种生物组织的粘附。

技术领域

本发明涉及水下粘合剂及组织粘合剂领域，更具体的说涉及一种基于多官能团刚性疏水组分的水触发超支化聚合物水下粘合剂及其制备方法和应用。

背景技术

水下粘合剂具有广泛的用途，如在水下附加传感器、信标或弹药，阻止水的泄漏，以及在医学上修复湿活组织等。然而普通商用氰基丙烯酸酯、聚氨酯等粘合剂在空气中具有强粘附性，一旦接触水会迅速丧失粘附性，无法在水下使用。在水环境中，基材表面存在一层水合水膜使基材表面能降低，且阻碍与粘合剂直接化学接触，因此实现水下强粘附仍然是一种技术挑战。

受海洋贻贝启发，科学家已报道大量基于多巴胺的水下粘合剂。多巴胺中的邻苯二酚基团可通过氢键、疏水相互作用、阳离子-π、π-π等非共价相互作用和金属螯合、硼-邻苯二酚络合、偶联反应、迈克尔加成或席夫碱反应等共价相互作用实现对各种基材的水下强粘附。但是目前研发的仿贻贝水下粘合剂仍然存在缺陷，如：1)需要使用氧化剂；2)固化时间长，如环氧树脂粘合剂需要固化7天；3)粘合剂粘附高表面能基材(如陶瓷、玻璃、PET、金属、PMMA等)在水下使用相比于在空气中使用粘附强度大大降低至500kPa以下；4)无法长期在水下使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于多官能团刚性疏水组分的超支化聚合物水下粘合剂及其制备方法和应用，该水下粘合剂无需添加氧化剂，能够实现遇水即粘，且具有长期强粘附性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案之一是：

一种基于多官能团刚性疏水组分的超支化聚合物水下粘合剂，为超支化聚合物及其组装体，其中，超支化聚合物以多官能团刚性分子为疏水组分，以邻苯二酚和/或N-羟基琥珀酰亚胺酯基团两种粘附基团作为侧基；超支化聚合物组装体为超支化聚合物在不良有机溶剂中发生构象的变化形成刚性疏水组分轻微聚集的组装体。

进一步，多官能团刚性分子的结构为下述结构中至少一种；其中，(1)为2,4,6-三丙烯酰胺-1,3,5-三嗪；(2)为四丙烯酰胺四苯基乙烯；(3)为八丙烯酸酯笼型倍半硅氧烷；

所述不良有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙醇、丙醇、丙酮、乙腈、正己烷中至少一种。

本发明的技术方案之一是：一种超支化聚合物水下粘合剂的制备方法，所述超支化聚合物是通过多官能团刚性分子和盐酸多巴胺在碱性条件下发生迈克尔加成反应制备得到。

具体包括以下步骤：

(1)将多官能团刚性分子、盐酸多巴胺投入圆底烧瓶，用二甲亚砜溶解并搅拌至澄清，调整溶液的pH至7.5-12；

(2)将溶液置于油浴中避光搅拌反应；

(3)反应结束后，抽滤，得到透明溶液，使用甲基叔丁基醚作为沉淀剂纯化透明溶液，纯化数次，得到超支化聚合物；

(4)在真空干燥器中抽除残留的沉淀剂。

进一步，所述的超支化聚合物水下粘合剂的制备方法，还包括加入双丙烯酰化小分子，与多官能团刚性分子和盐酸多巴胺在碱性条件下发生迈克尔加成反应制备得到；具体包括以下步骤：