本發(fā)明涉及一種基于電響應技術的淀粉基可逆膠粘劑及其制備方法，屬于膠粘劑制備領域。

背景技術：

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，粘合劑在人們的日常生活與生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。粘合劑應用范圍廣、使用簡便、經(jīng)濟效益高，因此無論是在高精尖技術中還是在一般的現(xiàn)代化工業(yè)中，粘合劑都發(fā)揮著重要作用。然而在粘合劑的使用過程中，有些部件僅需要短暫的粘接，有些部件未粘接好，需要分離或扯開以便重新粘接。這都將導致“兩敗俱傷”，即粘合劑粘性下降，被粘接物品的損壞。因此開發(fā)一種粘性可逆的粘合劑對于解決上述問題具有重要的現(xiàn)實意義。

淀粉是自然界中含量極為豐富的有機化合物，來源廣泛，價格低廉，可再生、可完全降解，無污染，因此以淀粉膠粘劑為基礎開發(fā)出可逆粘接的膠粘劑，具有重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于電響應技術的淀粉基可逆膠粘劑及其制備方法。

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是，

本發(fā)明之基于電響應技術的淀粉基可逆膠粘劑，包括以下重量份的原料：淀粉100份、水300-450份、氧化劑2-4份、糊化劑2-5份、電流變體20-50份。

所述淀粉優(yōu)選為玉米淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉、木薯淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉中的至少一種。

所述氧化劑優(yōu)選為次氯酸鹽，更優(yōu)選次氯酸鈉。

所述糊化劑優(yōu)選為強堿性物質(zhì)，更優(yōu)選氫氧化鈉。

所述電流變體是尿素包覆的batio(c2o4)2的硅油溶液。電流變體添加量過高會增加成本，粘接強度不會提高；添加量過低會使得電響應慢，粘性強度低。

所述電流變體可通過市售途徑取得，也可通過以下方法制備：

①將氯化鋇溶解在蒸餾水中，得溶液ⅰ，控制溶液ⅰ中氯化鋇的質(zhì)量濃度≤30%，在50-70℃下攪拌溶解；

②在超聲波的條件下將草酸溶解在50-70℃的水中，再加入四氯化鈦，得溶液ⅱ，控制溶液ⅱ中草酸與四氯化鈦的摩爾比為2：1；

③將溶液ⅰ和溶液ⅱ在60-70℃超聲波浴中混合，溶液ⅰ中的鋇元素與溶液ⅱ中的鈦元素的摩爾比為1：1；即得batio(c2o4)2顆粒；

④按batio(c2o4)2顆粒100質(zhì)量份、尿素100質(zhì)量份、硅油400-600質(zhì)量份的比例，往batio(c2o4)2顆粒中加入尿素、硅油，攪拌混合均勻，在高速研磨機中均勻化2小時以上，然后在105-120℃下真空干燥1-3小時，即得電流變體-尿素包覆的batio(c2o4)2的硅油溶液。

最終懸浮液穩(wěn)定，幾周后沒有觀察到沉淀架。

本發(fā)明之基于電響應技術的淀粉基可逆膠粘劑的制備方法（配比參見以上記載），包括以下步驟：

（1）將淀粉與水配成淀粉乳，攪拌升溫至40℃-55℃；加入氧化劑，攪拌溫度為20-40℃，攪拌時間為30-40分鐘；

（2）往步驟（1）所得混合物中加入糊化劑，然后調(diào)節(jié)ph至7.5-8.5；溫度保持5-40℃，糊化30-40分鐘；再加入電流變體，攪拌均勻，即成。

本發(fā)明以淀粉為原料，通過糊化劑將其完全糊化。淀粉的完全糊化使淀粉顆粒的內(nèi)部結構完全被破壞，有利于其與電流變體充分混合，形成電響應性好的淀粉粘接劑。本發(fā)明采用尿素包覆的batio(c2o4)2的硅油溶液，尿素和硅油可以作為淀粉的良好稀釋劑，和淀粉混合均勻，同時淀粉本身也可以成為電流變體的響應部分[參見“電流變體智能材料在交變電場下的透光性能研究”，劉彥菊等，《功能材料》，2000.31（2）]，有利于形成快速電響應性交聯(lián)網(wǎng)絡，該結構具有較好的可逆恢復功能。

本發(fā)明所制備的膠粘劑，與傳統(tǒng)的膠粘劑相比，其粘接網(wǎng)絡的驅(qū)動力主要來自于外界電場的控制，粘接力隨著電場的改變而改變。本發(fā)明產(chǎn)品主要應用于短期粘接，拆卸和重復使用，或需要粘接力周期變化的產(chǎn)品。

本發(fā)明旨在通過電流變體帶電硬化促使粘合劑分子瞬間發(fā)生物理固化，從而實現(xiàn)對基底的附著，斷電后粘接強度消失，因此具有響應快、強度高和可重復使用等特點，適用于短期粘接、拆卸、再組裝等產(chǎn)品需求。

本發(fā)明所得產(chǎn)品外觀呈乳白色，有光澤，流動性好，電場響應強度最高不超過5kv/m，初始粘度為16.55pa·s，凍融循環(huán)7次后為18.10pa·s，常溫可保存6個月以上。

本發(fā)明所制備的產(chǎn)品不僅粘接速度快，而且粘接后產(chǎn)品可拆卸。特別適于木材或紙張的短期粘接、拆卸，產(chǎn)品無有毒、有害氣體釋放。

附圖說明

圖1為經(jīng)naclo氧化劑處理的剛粘涂的膠粘劑外觀圖（左）及粘涂二個星期后的外觀圖（右）；

圖2為未經(jīng)naclo氧化劑處理的剛粘涂的膠粘劑的外觀圖（左）及粘涂二個星期后的外觀圖（右）；

圖3為經(jīng)naclo氧化劑處理的膠粘劑成品的外觀圖；

圖4為本發(fā)明實施例1所得膠粘劑在未加電場情況下涂覆固化后原子力顯微鏡斷面示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例1所得膠粘劑在加電場下涂覆、撤去電場后瞬間固化的原子力顯微鏡斷面示意圖；

圖6為本發(fā)明所得膠粘劑的可逆粘性測試設計圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應理解的是，這些實施例僅用于例證的目的，并不限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

本實施例之基于電響應技術的淀粉基可逆膠粘劑，包括以下重量份的原料：

玉米淀粉100份、水400份、氫氧化鈉5份、次氯酸鈉2份、電流變體-尿素包覆的batio(c2o4)2的硅油溶液20份。

所述電流變體可通過市售途徑取得，也可通過以下方法制備：

①將氯化鋇溶解在蒸餾水中，得溶液ⅰ，控制溶液ⅰ中氯化鋇的質(zhì)量濃度為30%，在50℃下攪拌溶解；

②在超聲波的條件下將草酸溶解在50℃的水中，再加入四氯化鈦，得溶液ⅱ，控制溶液ⅱ中草酸與四氯化鈦的摩爾比為2：1；

③將溶液ⅰ和溶液ⅱ在60℃超聲波浴中混合，溶液ⅰ中的鋇元素與溶液ⅱ中的鈦元素的摩爾比為1：1；即得batio(c2o4)2顆粒；

④按batio(c2o4)2顆粒100質(zhì)量份、尿素100質(zhì)量份、硅油400質(zhì)量份的比例，往batio(c2o4)2顆粒中加入尿素、硅油，攪拌混合均勻，在高速研磨機中均勻化2小時，然后在105℃下真空干燥1小時，即得電流變體-尿素包覆的batio(c2o4)2的硅油溶液。

最終懸浮液穩(wěn)定，幾周后沒有觀察到沉淀架。

本實施例之基于電響應技術的淀粉基可逆膠粘劑的制備方法（配比參見以上記載），包括以下步驟：

（1）稱取玉米淀粉和水，將玉米淀粉與水配成淀粉乳，混合均勻，攪拌升溫至40℃；

此時淀粉與水完全混合，變成淀粉與水的乳液，此過程我們稱為溶脹，主要是為了使水分子進入淀粉顆粒內(nèi)部，使淀粉顆粒體積變大，具有一定的內(nèi)部空間，易于與后續(xù)加入的naoh反應。

加入氧化劑naclo，攪拌溫度為40℃，攪拌30分鐘；氧化劑充分氧化淀粉中的羥基、醛基，從而有利于淀粉膠的保存；

（2）往步驟（1）所得混合物中加入糊化劑氫氧化鈉，然后調(diào)節(jié)ph至7.5，溫度保持40℃，糊化30分鐘；

在加入naoh之后，淀粉與水的懸浮液在不斷攪拌下，之前的無粘度液體開始慢慢變粘稠，直至整個燒杯中只剩下粘稠液體，此過程我們稱之為糊化，加入naoh是為了破壞淀粉分子間的氫鍵，使得淀粉大分子間作用力減弱，晶體結構消失，體積膨大，粘度急劇上升，呈粘稠的糊狀。

然后加入電流變體-尿素包覆的batio(c2o4)2的硅油溶液，攪拌均勻，即成。

電流變體和淀粉膠分子鏈在電場下有很強的相互作用，電流變體的瞬時固化能夠帶動淀粉膠固化粘接，去除電場粘結強度消失。

本發(fā)明設計一個如圖6所示的電場強度下的拉力儀，切向和法向上各一個絕緣鉤。所測試的物體上也設計一個絕緣鉤和拉力儀相連接。切向和法向應力在拉力計的顯示屏上讀出。然后通過外電場變化測試復合物粘接強度的變化。建立淀粉膠/電流變體的粘附力—場強關系。通過電場的出現(xiàn)和消失（周期性電場），測試粘附力的變化。然后以粘附力為縱坐標，場強的添加次數(shù)為橫坐標得到分布關系圖，以此來評價復合物的粘附可逆性。

本實施例中測試1.5kv/m、1.0kv/m和0.5kv/m的電場強度下的粘接強度分別為3.6mpa、3mpa和2mpa。

圖1為經(jīng)naclo氧化劑處理的剛粘涂的膠粘劑外觀圖（左）及粘涂二個星期后的外觀圖（右）；

圖2為未經(jīng)naclo氧化劑處理的剛粘涂的膠粘劑的外觀圖（左）及粘涂二個星期后的外觀圖（右）；

圖3為經(jīng)naclo氧化劑處理的膠粘劑成品的外觀圖；

同時對比氫鍵固化和電場條件下氫鍵固化的斷面形貌示意圖如圖4和圖5所示：圖4為本發(fā)明實施例1所得膠粘劑在未加電場情況下涂覆固化后原子力顯微鏡斷面示意圖；圖5為本發(fā)明實施例1所得膠粘劑在加電場下涂覆、撤去電場后瞬間固化的原子力顯微鏡斷面示意圖；圖4表明電流變體在基體中的固化是均勻分散的，在電場作用下的氫鍵網(wǎng)絡固化斷面如圖5所示，結果表明電流變體在基體中是呈取向排列的。

本實施例所得產(chǎn)品外觀均勻、成白色，強度滿足ⅰ類粘接強度的要求。

對比例1，按照實施例1的配比和操作，只改變電流變體的質(zhì)量份為15份，在電場作用下，測試1.5kv/m、1.0kv/m和0.5kv/m的電場強度下的粘接強度分別為2.5mpa,1.9mpa和1.5mpa。

對比例2，按照實施例1的配比和操作，不同之處在于，電流變體的添加量為55重量份，在電場作用下，測試1.5kv/m、1.0kv/m和0.5kv/m的電場強度下的粘接強度分別為2.5mpa、2.4mpa和1.8mpa。

對比例3：去除實施例1中的氧化步驟。即不加氧化劑，其他操作步驟與實施例1相同。

測試1.5kv/m、1.0kv/m和0.5kv/m的電場強度下的粘接強度分別為3.0mpa、2.5mpa、和1.5mpa。產(chǎn)品性能基本不變，但易變質(zhì)，不利于長期保存。

實施例2

將實施例1中的玉米淀粉換成木薯淀粉，其余步驟不變。產(chǎn)品性能保持不變。