一种仿蛛丝复合纤维粘附材料及其制备方法技术

本发明专利技术所涉及的一种仿蛛丝复合纤维粘附材料，具有轴向复合结构，至少包含粘附相和支撑相，粘附相使仿蛛丝复合纤维粘附材料具有粘附性，支撑相提供仿蛛丝复合纤维粘附材料的本体强度，所述仿蛛丝复合纤维粘附材料在干态和湿态时具有不低于1MPa的拉伸强度，以及不低于1％的断裂伸长率，室温下可以实现潮湿表面的粘附，剥离粘附强度不低于0.3N/cm，和/或在极低温环境下，例如从4℃到

【技术实现步骤摘要】
一种仿蛛丝复合纤维粘附材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种仿蛛丝复合纤维粘附材料，具体而言，该材料表现出类似蛛丝的形貌，并具有干态、湿态、低温等环境下粘附性及粘附保持性。

技术介绍

[0002]随着粘附材料在医疗、工业、极地科考以及建筑等领域需求的不断攀升，粘附材料的使用范围不断拓宽，使用条件也愈加苛刻，如何在恶劣的环境例如湿态环境和极低温环境实现或保持高界面粘附强度成为新型粘附剂面临的重大挑战。
[0003]自然界中有很多精巧的湿态粘附设计，并启发研究人员设计出一些应用于含水环境中的粘附材料。例如，基于分子设计(邻苯二酚基团及其衍生物，聚电解质复合物等)以及基于结构工程(吸盘粘附垫和六边形凹槽阵列等)的湿态粘附材料已被开发出来。然而，这些目前所发展的湿态粘附材料通常聚焦于室温下的应用，却忽视了低温环境(例如，超低温存储、极地科考、户外探险等)的迫切的应用需求。
[0004]蜘蛛利用其精巧的蛛网在潮湿的湖边或者干燥的屋檐下捕食猎物。蜘蛛主要依靠粘性捕获丝的粘性与延展性以及牵引丝的强度与刚度来粘附飞虫，吸收飞虫撞击蛛网所产生的动能。捕获丝由柔软且可以高度伸展的成对轴向纤维组成，轴向纤维被外侧水性粘附胶水所包围，由于瑞利不稳定性，水性粘附胶水很快自发地形成了一系列有规律分布的粘性胶滴，形成串珠状的核鞘结构。粘性胶滴由粘性聚合物糖蛋白和低分子量吸湿性化合物组成，低分子量的吸湿性化合物吸收环境中的水汽，溶剂化糖蛋白，使得粘性胶滴具有粘弹性固体性质，排除粘附界面处的水，实现潮湿的环境中的猎物捕获。有趣的是，蜘蛛牵引丝除了在室温下具有强的机械性能之外，由于蛋白-水的相互作用可以降低蛛丝的玻璃化转变温度，使得牵引丝在-60℃环境中依然具有高强和高弹性。由此可见，这种两相材料的复合，赋予了蛛丝强的机械性能、粘附性和耐低温性质。
[0005]因此，如何利用人工合成的手段得到具有粘附性的仿蛛丝复合纤维，是本领域共同关注的问题，在此基础上，进一步赋予该仿蛛丝复合纤维粘附材料湿态粘附特性，以及低温粘附特性，在诸多应用领域具有迫切需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在利用人工合成的手段得到仿蛛丝复合纤维粘附材料，进一步地，提出一种制备简便、成本低廉、室温下可以实现潮湿表面的粘附，和/或在极低温环境，例如液氮(-196℃)中依然可以实现或保持粘附性的具有复合结构的仿蛛丝纤维粘附材料。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种复合纤维粘附材料，其中至少包含粘附相和支撑相结构，粘附相使复合纤维粘附材料具有粘附性，支撑相提供复合纤维粘附材料本体强度和能量耗散，所述复合纤维粘附材料室温下在干态和湿态条件下具有不低于1MPa的拉伸强度，不低于1％的断裂伸长率，并且至少满足以下一种条件：
[0009]1)在30-100％RH的湿度条件下，表面剥离粘附强度为0.3N/cm以上；
[0010]2)在含水环境中，即被水全部或部分覆盖的基底表面的剥离粘附强度为0.3N/cm以上；
[0011]3)直接在-210-4℃的环境中的剥离粘附强度为0.3N/cm以上；
[0012]4)在经-210-4℃低温处理后，其剥离粘附强度依然在0.3N/cm以上。
[0013]本专利技术所述的复合纤维粘附材料，其中粘附相和支撑相的复合形态包括但不限于同轴核壳结构、同轴串珠结构、偏轴核壳结构、偏轴串珠结构、多轴核壳结构、多轴串珠结构。
[0014]本专利技术中所述“核壳结构”为复合纤维结构中，内部相保持连续，外部相包裹内部相，形成外部为壳，内部为核的结构；当为“核壳结构”时，一种情形是：外部相为粘附相，内部相为支撑相；还有一种情形是：外部相为多孔支撑相，内部相为粘附相。
[0015]所述“串珠结构”为复合纤维结构中，内部相保持连续，外部相部分包裹内部相，形成外部为珠，内部为串的结构；当为“串珠结构”时，外部相为粘附相，内部相为支撑相。
[0016]本专利技术中所述“同轴”是指两相形成纤维时，轴向中心对称线保持一致；所述“偏轴”是指两相形成纤维时，轴向中心对称线不一致；所述“多轴”是指两相形成纤维时，存在其中至少一相在轴向上是多股分离的。
[0017]本专利技术所述的复合纤维粘附材料可以通过多种已知形成内外层结构相的方法制备，例如静电纺丝法、电动力喷射法、熔融挤出法、微流控纺丝法、浸渍提拉法等技术进行制备。其中优选通过同轴静电纺丝法、熔融挤出法和浸渍提拉法进行制备。
[0018]本专利技术所述的复合纤维粘附材料，支撑相材料需要具有高的机械性能并可形成纤维，支撑相材料选自包含聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸酯、聚己内酯、重组蛛丝蛋白、聚丙烯腈、乙酸纤维素、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯、聚酯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚砜、聚苯硫醚、卤代聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺或聚乳酸-羟基乙酸共聚物以及其他不溶于水的可形成纤维支撑相聚合物及其衍生物的一种或多种的组合。
[0019]本专利技术所述的复合纤维粘附材料，粘附相材料需要具有粘附性，具体选自包含聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚环氧乙烷、多巴胺类胶粘剂、单宁酸类胶粘剂、明胶、海藻酸钠、壳聚糖、葡聚糖、果胶、丙烯酸树脂、环氧树脂、醋酸乙烯酯、有机硅、室温硫化硅橡胶、醇酸树脂、水性聚氨酯中的聚合物及其衍生物一种或多种的组合。本专利技术所述的复合纤维粘附材料，所述“具有湿态粘附性”包含两种情形：一种情形是指在30-100％RH的湿度条件下，表面剥离粘附强度为0.3N/cm以上，进一步在0.5N/cm以上，更进一步在1N/cm以上；优选地，在50-100％RH的湿度条件下，表面剥离粘附强度为0.3N/cm以上，进一步在0.5N/cm以上，更进一步在1N/cm以上；另一种情形是指在被水全部或部分覆盖的基底表面的剥离粘附强度为0.3N/cm以上，进一步在0.5N/cm以上，更进一步在1N/cm以上；优选地，在被水全部覆盖的基底表面剥离粘附强度为0.3N/cm以上，进一步在0.5N/cm以上，更进一步在1N/cm以上。这两种情形，满足其中之一，即认为复合纤维粘附材料具有了湿态粘附性。
[0020]本专利技术所述的具有湿态粘附性的复合纤维粘附材料，其中支撑相材料选自包含聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸酯、聚己内酯、重组蛛丝蛋白、聚丙烯腈、乙酸纤维素、
聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯、聚酯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚砜、聚苯硫醚、卤代聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺或聚乳酸-羟基乙酸共聚物以及其他不溶于水的可形成纤维支撑相聚合物及其衍生物的一种或多种的组合；粘附相材料选自包含聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚环氧乙烷、多巴胺类胶粘剂、单宁酸类胶粘剂、明胶、海藻酸钠、壳聚糖、葡聚糖、果胶的聚合物及其衍生物一种或多种的组合。
[0021]本专利技术所述的复合纤维粘附材料，所述的“低温耐受性”存在两种情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合纤维粘附材料，其中至少包含粘附相和支撑相结构，粘附相使复合纤维粘附材料具有粘附性，支撑相提供复合纤维粘附材料本体强度，所述复合纤维粘附材料在室温25℃具有不低于1MPa的拉伸强度，不低于1％的断裂伸长率，并且至少满足以下一种条件：1)在30-100％RH的湿度条件下，表面剥离粘附强度为0.3N/cm以上；2)在含水环境，即被水全部或部分覆盖的基底表面的剥离粘附强度为0.3N/cm以上；3)直接在-210℃到4℃的环境中，其剥离粘附强度为0.3N/cm以上；4)经过-210℃到4℃低温处理后，其剥离粘附强度在0.3N/cm以上。2.根据权利要求1所述的复合纤维粘附材料，其中粘附相和支撑相的复合形态包括但不限于同轴核壳结构、同轴串珠结构、偏轴核壳结构、偏轴串珠结构、多轴核壳结构、多轴串珠结构；其中所述“核壳结构”是指复合纤维粘附材料中，内部相保持连续，外部相包裹内部相，形成外部为壳，内部为核的结构；所述“串珠结构”是指复合纤维粘附材料中，内部相保持连续，外部相部分包裹内部相，形成外部为珠，内部为串的结构；当选择核壳结构时，外部壳层为粘附相，内部核层为支撑相；或外部壳层为多孔支撑相，内部核层为粘附相；当选择串珠结构时，外部珠相为粘附相，内部串相为支撑相；所述“同轴”是指两相形成纤维时，轴向中心对称线保持一致；所述“偏轴”是指两相形成纤维时，轴向中心对称线不一致；所述“多轴”是指两相形成纤维时，存在其中至少一相在轴向上是多股分离的。3.根据权利要求1-2之一所述的复合纤维粘附材料，支撑相材料选自包含聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸酯、聚己内酯、重组蛛丝蛋白、聚丙烯腈、乙酸纤维素、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯、聚酯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚砜、聚苯硫醚、卤代聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺或聚乳酸-羟基乙酸共聚物中的聚合物及其衍生物一种或多种的组合。4.根据权利要求1-2之一的所述的复合纤维粘附材料，粘附相材料选自包含聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚环氧乙烷、多巴胺类胶粘剂、单宁酸类胶粘剂、明胶、海藻酸钠、壳聚糖、葡聚糖、果胶、丙烯酸树脂、环氧树脂、醋酸乙烯酯、有机硅、室温硫化硅橡胶、醇酸树脂、水性聚氨酯中的聚合物及其衍生物一种或多种的组合。5.根据权利要求1-4之一所述的复合纤维粘附材料，其具有湿态粘附性，至少满足以下一种条件：1)在30-100％RH的湿度条件下，表面剥离粘附强度为0.3N/cm以上；优选地，在50-100％RH的湿度条件下，表面剥离粘附强度为0.3N/cm以上；2)在含水环境，即被水部分或全部覆盖的基底表面的剥离粘附强度为0.3N/cm以上；优选地，在被水全部覆盖的基底表面剥离粘附强度为0.3N/cm以上。6.根据权利要求5所述的复合纤维粘附材料，其中支撑相材料选自包含聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸酯、聚己内酯、重组蛛丝蛋白、聚丙烯腈、乙酸纤维素、聚苯乙烯、聚
偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯、乙酸纤维素、聚酯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚苯硫醚、卤代聚烯烃、聚酰胺或聚酰亚胺的聚合物及其衍生物一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树涛，刘熹，时连鑫，万茜子，代兵，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：