超支化聚合物改性明膠膠粘劑的制備及性能

針對目前我國傳統(tǒng)制革行業(yè)存在的含鉻廢棄物生物質(zhì)資源浪費、環(huán)境污染，以及傳統(tǒng)膠黏劑存在的成本高、易制污、粘接性能低、耐水性差、在使用過程中會釋放揮發(fā)性有機物（VOC）等問題，結(jié)合膠粘劑的發(fā)展趨勢，本研究提出含鉻皮革廢棄物提取的明膠進行化學(xué)改性，制備環(huán)保型的膠粘劑。是含鉻廢棄物資源化的一條有效方案，也是開發(fā)環(huán)保型生態(tài)膠粘劑的新途徑。隨著中國制造業(yè)的發(fā)展，膠粘劑的使用量快速增加。目前市售鞋用膠多以氯丁膠為主，在使用過程中會嚴(yán)重污染環(huán)境和危害人體健康。生物質(zhì)膠粘劑因其原材料易得且無毒無害，符合綠色可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展理念，已成為當(dāng)前鞋用膠粘劑的研發(fā)熱點。膠原蛋白質(zhì)作為一種在制革廢皮屑中廣泛存在的天然生物質(zhì)材料，具有良好生物相容性，而明膠（GE）是膠原蛋白質(zhì)的多級水解產(chǎn)物，它的氨基酸組成類似于膠原蛋白質(zhì)，無三股螺旋結(jié)構(gòu)，較易對其進行改性。然而，由于明膠鏈上存在大量的親水基團，導(dǎo)致未經(jīng)改性的明膠膠粘劑在粘接過程中具有較差的耐水性和機械性能，實用性能受到限制。超支化聚合物（HBPs）獨特的物理結(jié)構(gòu)（分支點較多、分子鏈纏結(jié)較少）致使其具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性和相對低的黏度。因此，利用超支化聚合物交聯(lián)改性明膠，能夠改善明膠膠粘劑的性能。因此如何利用超支化聚合物的獨特性能，將其應(yīng)用于明膠膠粘劑的改性，得到一種性能更優(yōu)良應(yīng)用更廣泛的膠粘劑這個角度出發(fā)，進行深入研究工作，對我國生物質(zhì)資源的利用和膠粘劑行業(yè)的綠色發(fā)展進行相關(guān)探索?；诖耍狙芯坎捎谩耙徊椒ā保ㄟ^控制單體與核之間的比例合成1～3代的端羥基超支化聚（胺-酯）(HPAE)，然后對其端基進行環(huán)氧官能化改性，制備得到不同代數(shù)的端環(huán)氧基超支化聚（胺-酯）(EHPAE)，并將其作為交聯(lián)劑對從廢棄皮中提取的明膠進行改性，制備得到蛋白類膠粘劑，并將其應(yīng)用于鞋材或包袋等柔性材料表面考察其粘結(jié)性能。摘要：以二乙醇胺、丙烯酸甲酯、三羥甲基丙烷以及環(huán)氧氯丙烷為原料，合成不同代數(shù)的端環(huán)氧基超支化聚（胺-酯）（EHPAE）。其后，以從制革廢棄物中提取的明膠為原料，不同代數(shù)的EHPAE分別作為交聯(lián)單體進行改性，制得一種環(huán)保型鞋用或包袋用膠粘劑。采用FTIR、1HNMR和GPC對超支化聚合物和膠粘劑的結(jié)構(gòu)及相對分子質(zhì)量分布進行表征，之后對膠粘劑的粘結(jié)性能進行測定，結(jié)果表明：EHPAE-Ⅲ較其余兩者的改性效果更為明顯，當(dāng)EHPAE-Ⅲ用量為明膠質(zhì)量的30%時，改性后膠粘劑的固含量由11.42%提高到了30.33%，同時剪切強度為2.216MPa、T-剝離強度為3.375N/mm、水接觸角為100.9°，相較于市售膠粘劑的剪切強度（1.868MPa）、T-剝離強度（2.864N/mm）、水接觸角（84.8°），制備得到膠粘劑的粘結(jié)性能和疏水性均更優(yōu)。結(jié)論（1）通過使用FTIR和1HNMR對超支化分子的結(jié)構(gòu)進行表征，結(jié)果表明，預(yù)期產(chǎn)物已成功合成。并且對其環(huán)氧值進行測定，發(fā)現(xiàn)其均有較好的性能，進一步證明其產(chǎn)物合成成功。（2）FTIR分析表明：與純明膠的FTIR譜圖相比，改性后蛋白質(zhì)酰胺帶的特征吸收峰均發(fā)生紅移，即可證明環(huán)氧基與氨基成功發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)。（3）使用不同代數(shù)的EHPAE對明膠進行交聯(lián)改性制備得到的膠粘劑，對其進行應(yīng)用實驗后發(fā)現(xiàn)：EHPAE-Ⅲ的綜合性能最優(yōu)，其固含量為30.33%，且剪切強度為2.216MPa，T-剝離強度為3.375N/mm，水接觸角為100.9°，而目前市售膠粘劑的固含量為22.84%，剪切強度為1.868MPa，T-剝離強度為2.864N/mm，水接觸角為84.8°，對比之后可發(fā)現(xiàn)：自制膠粘劑的固含量、剪切強度、T-剝離強度和疏水性均優(yōu)于純明膠和市售膠粘劑，應(yīng)用性能良好。同時，以從廢皮屑中