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自然界的生物往往能给人类设计功能性材料提供有益的启发,在粘合性材料方面,也存在许多事例,例如海洋中的贻贝生物,能分泌含儿茶酚类物质的黏附蛋白,在潮湿、水下或低温的恶劣环境中快速固化,实现对广泛基材的黏附。研究发现:儿茶酚结构是贻贝具有广泛黏附性和超强防水性的一个重要原因。另外,环氧树脂作为一种应用广泛的树脂,但在某些场合下,仍存在不能低温固化、韧性不足、耐候性和耐水性差等缺陷。本文中,拟将儿茶酚基团引入环氧树脂的粘合体系中,使环氧体系具备黏附蛋白相似的耐水性和耐候性等。 首先,本文将含儿茶酚的小分子多巴胺(DA)以混合固化剂的方式引入到环氧体系中,系统地研究了DA含量对环氧树脂粘接性能的影响,即DA以混合固化剂的方式引入,配以脂肪胺(二乙烯三胺,DETA)、脂环胺(A1618)、芳香胺(苯乙胺,PEA)固化环氧,并粘接不同的基材(铁、聚乙烯),结果表明:随着多巴胺质量分数的增加,环氧的粘接性能呈现先升高后降低,最大粘接强度提高了近3倍;究其原因,DA的引入提高了胶体和基材的界面黏附力,导致破坏形式从界面黏附破坏转变为界面和本体破坏两者共存;同时,DA/PEA/环氧体系在水中浸泡30天后仍保持90%的粘接强度;经冷热温度循环冲击后,粘结强度仍保持约90%。这表明DA的引入增加了环氧的耐水耐候性;同时通过TGA和吸水率实验测定了DA的引入对体系的热稳定性和亲水性的影响。 本文还合成了含儿茶酚基团的聚乙二醇大分子,即多巴胺封端的PEG(PEG-DA),作为环氧树脂混合固化剂的组分,粘接测试结果表明:PEG-DA能改善环氧树脂的粘接性能。当加入20wt%分子量为4000的PEG-DA时,环氧树脂对铁片的搭接剪切拉伸强度可以提高约一倍,从4.9MPa增加到10.4MPa;同时通过水接触角、SEM,发现在PEG长链在体系中会发生迁移和相分离现象,XRD和DSC结果表明分子量6000的PEG-DA有部分结晶的存在。 在引入小分子多巴胺的基础上,还考察了含交联剂的固化体系对环氧粘接性能的影响,结果表明:在引入金属离子后环氧的粘接强度也提高近3倍,但在引入IO4-后强度不增反减,且紫外研究表明在体系中是DA与金属离子的三种络合形式共存;同时通过TGA和吸水率实验测定了 DA和金属离子的引入对体系的热稳定性和亲水性的影响,XRD测试DA和金属离子的引入对体系结晶性能的影响。