多重氢键增强的功能型黏合剂的设计、制备以及性能研究

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随着科技的进步和经济的发展,对于黏合剂的性能要求越来越高。高性能黏合剂能够在一定程度上替代机械连结,为简化生产工艺、节能、降低成本及环保等方面提供了有效的途径。随着黏合剂应用领域的不断拓宽,除对粘接性能的要求外,还对黏合剂的阻燃、可重复使用性等功能和性能的要求越来越高。针对上述需求,本论文将多重氢键增强、N/P协同阻燃等策略有机融入黏合剂的设计,并分别通过溶液聚合和细乳液聚合两种聚合方式,将多重氢键单元、含磷阻燃单元等组分引入黏合剂分子结构,合成了油性和水性热塑性黏合剂产品,有效提升了黏合剂的粘接性能,并赋予了油性黏合剂较好的阻燃功能。研究了聚合物组成与黏合剂粘接性能间的对应关系,考察了黏合剂对温度、湿度和基材等条件的适应性,验证了黏合剂的可逆循环使用性,为新型黏合剂的高性能化和功能化提供有效支撑。第一部分,合成了多重氢键功能单体2-脲基-4[1H]-嘧啶酮-六亚甲基二异氰酸酯-2-羟乙基甲基丙烯酸酯(UHH)、2-脲基-4[1H]-嘧啶酮甲基丙烯酰胺(UPy-OPG-MA)与含磷乙烯基单体丙烯酰氧基甲基膦酸二乙酯(DEAMP)和丙烯酰氧基乙基磷酸二乙酯(DEAEP),并通过傅里叶红外光谱以及氢核磁共振波谱对单体的结构进行了表征。第二部分,以偶氮二异丁腈为引发剂,乙酸乙酯为溶剂,将多重氢键单体UHH、含磷乙烯基单体DEAMP或DEAEP,与丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA),通过溶液聚合合成了热塑型黏合剂共聚物U-PAcr-x,UFR-PAcrs以及FR-PAcrs。四重氢键单体UHH能够增强黏合剂/基材界面上的氢键作用与聚合物的交联程度,显著提升黏合剂的剥离强度及剪切强度。阻燃单体的加入能够改变黏合剂共聚物分子量大小及分布宽度,从而提升黏合剂的剥离强度。U-PAcr黏合剂在更高的工作温度和更宽的湿度范围下表现出优异的粘接性能,且具有可重复使用性。此外,阻燃黏合剂能够促进炭的形成,与PAcr共聚物相比,由于N/P的协同效应,UFR-PAcrs共聚物的阻燃性进一步提高。第三部分,以正十二硫醇(NDM)为链转移剂、过硫酸钾为引发剂、十二烷基硫酸钠和非离子型乳化剂MOA-9为复配的乳化体系条件下,将多重氢键单体UPy-OPG-MA与BA、2-EHA、MMA和AA等单体,通过细乳液聚合合成黏合剂共聚物。考察了软单体比例以及UPy-OPG-MA、AA单体用量对黏合剂粘接性能的影响。需指出的是,通过改变NDM添加量调整共聚物分子量,有助于改善黏合剂黏性。最后,在不同温度、不同基材类型下对黏合剂的粘接情况进行了研究,证明了添加UPy单体的黏合剂具有更宽的工作范围和更广泛的基材适应性。本论文证实了多重氢键作用在增强聚合物交联程度以及提升黏合剂剪切强度方面的可行性,以及多重氢键在界面富集后对黏合剂剥离强度的提升作用。通过化学接枝上阻燃单元后,黏合剂的阻燃性能得到了有效提升。此外,通过细乳液聚合的方法,向黏合剂中引入多重氢键单体,研究了软单体比例、链转移剂用量、丙烯酸用量等因素对黏合剂性能的影响。本论文所提出的策略对于合成粘接性能强、环保、多功能的可逆黏合剂具有一定的参考价值。
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