CN118165695A - 一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用 - Google Patents
一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118165695A CN118165695A CN202410312481.3A CN202410312481A CN118165695A CN 118165695 A CN118165695 A CN 118165695A CN 202410312481 A CN202410312481 A CN 202410312481A CN 118165695 A CN118165695 A CN 118165695A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- adhesive
- polyionic
- polyionic liquid
- liquid adhesive
- room temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229920000831 ionic polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- LFKLPJRVSHJZPL-UHFFFAOYSA-N 1,2:7,8-diepoxyoctane Chemical compound C1OC1CCCCC1CO1 LFKLPJRVSHJZPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- SNAMIIGIIUQQSP-UHFFFAOYSA-N bis(6-methylheptyl) hydrogen phosphate Chemical compound CC(C)CCCCCOP(O)(=O)OCCCCCC(C)C SNAMIIGIIUQQSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FAGUFWYHJQFNRV-UHFFFAOYSA-N tetraethylenepentamine Chemical compound NCCNCCNCCNCCN FAGUFWYHJQFNRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 abstract description 7
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 abstract description 3
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 abstract description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 abstract description 3
- 230000005588 protonation Effects 0.000 abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 239000004803 Di-2ethylhexylphthalate Substances 0.000 description 6
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005227 gel permeation chromatography Methods 0.000 description 3
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 2
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 101001121408 Homo sapiens L-amino-acid oxidase Proteins 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 102100026388 L-amino-acid oxidase Human genes 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N Trichloro(2H)methane Chemical compound [2H]C(Cl)(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical group NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical group 0.000 description 1
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Chemical group CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000000325 methylidene group Chemical group [H]C([H])=* 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J179/00—Adhesives based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen, with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C09J161/00 - C09J177/00
- C09J179/02—Polyamines
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G73/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
- C08G73/02—Polyamines
- C08G73/0206—Polyalkylene(poly)amines
- C08G73/0213—Preparatory process
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Abstract
本发明公开一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用，通过利用胺的质子化反应对多胺化合物进行离子化得到离子液体单体，再进一步利用胺和环氧树脂之间高效的点击化学反应快速生成聚离子液体作为粘合剂。整个化学反应在无催化剂条件下，室温下进行，没有副产物且原子利用率100%，适合工业大规模使用。制备出的粘合剂在高温150℃下，在有油和无油的金属表面均表现出极强粘合性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子胶粘剂领域，具体涉及一种聚离子液体粘合剂的制备方法。
背景技术
粘合剂是一类天然或合成的有机或无机物质，通过界面粘附和材料内聚使两个或多个部分或材料结合在一起的物质。由于其性价比高和可靠的性能，粘合剂已被广泛应用于多个行业，包括电子、汽车、建筑和航空。粘合剂的结构通常包括各种极性基团，以增强基底相互作用和它们自身的内聚力，如尿素、羟基、酯、胺和醚键。不幸的是，在复杂的水下和油田环境中，来自水和油层的阻碍，以及粘合剂的膨胀行为，可以显著减少这些相互作用，甚至导致粘接失败。在高温下，特别是有机粘合剂的热稳定性降低了系统内的内聚力，使它们极易软化，并最终导致与基底的脱离。因此，合成一种耐高温，且能在复杂环境下使用的高性能胶粘剂至关重要。
离子液体则是完全由离子组成的有机盐，具有一系列独特的物理化学性质，如不燃性、高热稳定性、宽电化学窗口和结构可设计性。由于其固有的离子极性，离子液体极难溶解于非极性油中（油溶解度<<1 wt.%），表现出强烈的拒油特性。因此，基于离子液体设计的粘合剂有望在油下和高温环境下应用。然而，传统离子液体室温表现为液体，极大限制了离子液体的应用范围。
发明内容
针对上述背景技术中存在问题，本发明公开一种聚离子液体粘合剂的制备方法，通过胺的质子化反应对多胺化合物进行离子化，并进一步利用胺和环氧树脂之间高效的点击化学反应快速生成聚离子液体作为粘合剂，整个化学反应在无催化剂条件下，室温下进行，没有副产物且100%原子利用率，适合工业大规模使用。
一、聚离子液体粘合剂的制备
一种聚离子液体粘合剂，具有如下结构式：
。
制备方法：首先将四乙烯五胺和磷酸二异辛酯按等摩尔比混合，在室温下搅拌反应10~12h，真空干燥，得到离子液体单体；随后向得到的离子液体单体加入占其质量0.5~1倍的1,2,7,8-二环氧辛烷，在室温下反应6~10h，真空干燥，即得聚离子液体粘合剂。
二、聚离子液体粘合剂的结构及性能
1、结构表征
首先对制备得到的离子液体单体进行核磁质谱分析，结果如图1所示。由图1可知，[TETA][DEHP]1H NMR (chloroform-d, 600 MHz) δ 0.80–0.92 (m, 12 H, CH3), 1.16–1.59 (m, 18 H, CH, CH2), 2.35–3.00 (m, 16 H, -CH2-CH2-N), 3.65–3.80 (m, 4H, O-CH2-CH), 4.17–4.63 (s, NH)。
其次，对制备得到的聚离子液体进行红外表征，结果如图2所示。由图2可知，在离子液体单体和聚离子液体红外谱图中并没有观察到出现在1,2,7,8-二环氧辛烷中912cm-1处的环氧特征峰和3055 cm-1处的亚甲基特征峰。并且，聚离子液体红外谱图中出现新的羟基峰。这充分表示1,2,7,8-二环氧辛烷与离子液体单体中的胺基充分发生了反应，从而证明了聚离子液体合成。
再者利用凝胶色谱法（GPC）测得聚离子液体的重均分子量为16291 Da。
2、热稳定性
对制备得到的离子液体单体和聚离子液体粘合剂分别进行热重分析，结构如图4所示。由图4可知，聚离子液体（Poly[TETA][DEHP]）失重5wt.%时的分解温度为257.7℃，离子液体单体（[TETA][DEHP]）的5wt.%失重为207.4℃，表明聚合后离子液体的热稳定性显著提高。
三、聚离子液体粘合剂在极端环境下的应用探究
1、高温环境粘结测试
在电子万能试验机拉伸模式下考察本发明制备的聚离子液体粘合剂在钢、铁、铝、铜金属表面的粘接性能。拉伸试验温度25 ℃，拉伸速率3mm/min。实验时将聚离子与人体粘合剂乙醇溶液滴加在金属表面待粘区域内（1.25cm×2.5cm），通过按压和在150℃下保持1min即可实现粘接。为了进一步测试胶粘剂的热稳定性，我们在150℃下继续保持6h，冷却至室温后进行拉伸测试，实验结果如图5所示。
由图5可知，在高温处理后，聚离子液体粘合剂的粘接强度仍达到了6Mpa以上，即使在存在致密氧化产物的金属铝表面，其粘接强度依旧达到了2Mpa以上。
2、含油表面粘结测试
为进一步考察聚离子液体粘合剂在极端环境下的粘接性能，我们将上述待测金属（钢、铁、铝、铜）浸入硅油中多次，并重复上述拉伸试验，结果如图6所示。
由图6可知，虽然在硅油表面，聚离子液体对金属的粘接强度有所降低，但他们依旧保持在1Mpa级别以上，对钢和铜的粘接强度达到了2Mpa以上。因此上述系列试验表明本发明制备的聚离子液体粘合剂具有优异的耐高温性能和油下粘接能力。
综上，本发明聚离子液体粘合剂制备方法简单，不含卤素、硫等活性元素，通过胺的质子化反应对多胺化合物进行离子化，进一步利用胺和环氧树脂之间高效的点击化学反应快速生成聚离子液体作为粘合剂，整个化学反应在无催化剂条件下，室温下进行，没有副产物且100%原子利用率，适合工业大规模使用。制备出的聚离子液体粘合剂在在高温和油污表面均表现出优异的胶粘性能，有望作为高温粘合剂在机械工领域获得广泛的应用。
附图说明
图1为本发明实施例制备的离子液体单体结构及核磁谱图。
图2为本发明实施例制备的聚离子液体，离子液体单体，1,2,7,8-二环环氧辛烷的红外谱图。
图3为本发明实施例制备的聚离子液体的GPC测试结果。
图4为本发明实施例制备的离子液体单体和聚离子液体的热重曲线。
图5为本发明实施例制备的聚离子液体在钢、铁、铝、铜金属表面的粘接性能对比。
图6为本发明实施例制备的聚离子液体在油覆盖钢、铁、铝、铜金属表面的粘接性能对比。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例
将0.05摩尔的四乙烯五胺（9.4651g）加入到一个配有搅拌装置的500毫升单颈烧瓶中，然后缓慢滴入0.05摩尔的磷酸二异辛酯（16.121g）和30 ml无水乙醇，在室温下迅速搅拌12小时，将产生的溶液经过旋转蒸发去除酒精并进行12小时的真空干燥，得到目标离子液体并记作[TETA][DEHP]，产率为95%，（25.141g）。
0.01摩尔[TETA][DEHP]（4.256g）被加入到一个配有搅拌装置的100毫升单颈烧瓶中，然后加入0.02摩尔1,2,7,8-二环氧辛烷（2.843g）和14.198g无水乙醇，接着将得到的溶液在室温下迅速搅拌12小时获得聚离子液体乙醇溶液。当酒精通过旋蒸、真空干燥被去除后，获得6.85g聚离子液体，记作Poly[TETA][DEHP]，并且在室温下呈固体状态。
Claims (3)
1.一种聚离子液体粘合剂，具有如下结构式：
。
2.一种如权利要求1所述聚离子液体粘合剂的制备方法，其特征在于，首先将四乙烯五胺和磷酸二异辛酯按等摩尔比混合，在室温下搅拌反应10~12h，真空干燥，得到离子液体单体；随后向得到的离子液体单体加入占离子液体单体质量0.5~1倍的1,2,7,8-二环氧辛烷，在室温下反应6~10h，真空干燥，即得聚离子液体粘合剂。
3.一种如权利要求1所述聚离子液体粘合剂在高温环境下含油金属表面的粘结应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410312481.3A CN118165695A (zh) | 2024-03-19 | 2024-03-19 | 一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410312481.3A CN118165695A (zh) | 2024-03-19 | 2024-03-19 | 一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118165695A true CN118165695A (zh) | 2024-06-11 |
Family
ID=91349983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410312481.3A Pending CN118165695A (zh) | 2024-03-19 | 2024-03-19 | 一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118165695A (zh) |
-
2024
- 2024-03-19 CN CN202410312481.3A patent/CN118165695A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qu et al. | Solid-state and liquid-free elastomeric ionic conductors with autonomous self-healing ability | |
| Liu et al. | Novel fully biobased benzoxazines from rosin: synthesis and properties | |
| Nguyen et al. | Development of sustainable thermosets from cardanol-based epoxy prepolymer and ionic liquids | |
| Maksym et al. | Enhanced polymerization rate and conductivity of ionic liquid-based epoxy resin | |
| US8524858B2 (en) | Preparation of hyperbranched poly(triazole)s by in situ click polymerization and adhesive containing the same | |
| Livi et al. | From ionic liquid epoxy monomer to tunable epoxy–amine network: reaction mechanism and final properties | |
| CN108504021B (zh) | 一种基于酰腙键的聚二甲基硅氧烷自修复弹性体及其制备方法 | |
| KR20170003577A (ko) | 활성 탄소 생성물, 및 이의 제조 및 사용 방법 | |
| CN116283835B (zh) | 一种生物质环氧单体、自固化环氧树脂及其制备方法 | |
| CN110964202B (zh) | 一种聚硅氧烷/二酚型苯并噁嗪的制备方法 | |
| CN103992463B (zh) | 碳硼烷环氧树脂的合成及固化方法 | |
| Mustaţă et al. | Multifunctional epoxy resins: synthesis and characterization | |
| Ma et al. | Synthesis, curing kinetics, mechanical and thermal properties of novel cardanol-based curing agents with thiourea | |
| CN104870514B (zh) | 适用于环氧树脂的硬化剂或增塑剂的苯乙烯酚 | |
| TWI555771B (zh) | 潛在性硬化劑組成物及一液硬化性環氧樹脂組成物 | |
| Selvaraj et al. | Development of high-performance hybrid sustainable bio-composites from biobased carbon reinforcement and cardanol-benzoxazine matrix | |
| Omrani et al. | Catalytic role of nanoconfinement inside MIL-125 (Ti) on the ring-opening polymerization of simple benzoxazines | |
| CN102702484A (zh) | 环氧改性水性聚丙烯酰胺固化剂及制备方法 | |
| CN118165695A (zh) | 一种聚离子液体粘合剂的制备方法及其应用 | |
| Burkanudeen et al. | Novel latent epoxy curing agent for secondary insulation in electrical rotors and stators | |
| CN112898516B (zh) | 一种酚醛改性胺及其制备方法 | |
| Selvaraj et al. | Development and Characterization of Palm Flower Carbon Reinforced DOPO‐Urea Diamine Based Cardanol Benzoxazine‐Epoxy Hybrid Composites | |
| Kaya et al. | Synthesis, characterization and some properties of epoxy resins containing azomethine bonding | |
| CN107188869B (zh) | 含氟环氧树脂单体和预聚体及其引发剂的制备和应用 | |
| Srinivasan et al. | High‐potent trifunctional polybenzoxazines coatings for superhydrophobic cotton fabrics and mild steel corrosion protection applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |