一种可重复使用的环保型导电胶黏剂
阅读说明：本技术 一种可重复使用的环保型导电胶黏剂 (Reusable environment-friendly conductive adhesive ) 是由 吴慧 汤祖武 赵梦婵 卢生昌 张敏 肖禾 刘凯 曾宏波 黄六莲 陈礼辉 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可重复使用的环保型导电胶黏剂,其是将没食子酸用沸水溶解,再将纳米纤维素分散在聚乙烯吡咯烷酮中,然后将所得没食子酸溶液与纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液混合,得到可重复使用的环保型导电胶黏剂。本发明将生物相容性的没食子酸、纳米纤维素和聚乙烯吡咯烷酮三者复配,制备具有可重复使用及良好导电性能的环保胶粘剂,其可应用于家具、建筑、电子等领域。(The invention discloses a reusable environment-friendly conductive adhesive, which is prepared by dissolving gallic acid in boiling water, dispersing nanocellulose in polyvinylpyrrolidone, and mixing the obtained gallic acid solution with a nanocellulose/polyvinylpyrrolidone dispersion solution. The invention compounds biocompatible gallic acid, nanocellulose and polyvinylpyrrolidone to prepare the reusable environment-friendly adhesive with good conductivity, which can be applied to the fields of furniture, buildings, electronics and the like.)
技术领域
本发明涉及一种导电胶黏剂，具体涉及一种可重复使用的环保型导电胶黏剂。
背景技术
胶黏剂能将两种或两种以上的同质或异质制件或材料连接在一起，被广泛地应用于电子工业、生物医疗、生物传感、木材加工和建筑等领域。现如今人们合成的导电胶黏剂主要是向其中添加导电材料，例如金、银、镍和碳材料。虽然它们具有很好的导电性，但是它们缺乏可重复使用性。因此研发一种具有可重复使用性和良好导电性能的胶黏剂是亟待解决的问题。
纤维素是天然有机高分子，具有廉价易得、环境友好、生物相容性优异等优点。没食子酸是一种有机酸，来源广泛且具有生物相容性。聚乙烯吡咯烷酮被广泛应用于胶水、防腐、防污、抗生物膜表面涂层。因此将没食子酸、纳米纤维素和聚乙烯吡咯烷酮三者复配，制备可重复使用的环保型导电胶黏剂，可将其应用于电子产品等领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可重复使用的环保型导电胶黏剂，其具有良好的导电性能，可应用于家具、建筑、电子等领域。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可重复使用的环保型导电胶黏剂，其制备方法包括如下步骤：
a、将没食子酸用沸水溶解，制得没食子酸溶液；
b、将纳米纤维素分散在聚乙烯吡咯烷酮中形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液；
c、将配制好的没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，共混制得所述可重复使用的环保型导电胶黏剂。
步骤a）中所得没食子酸溶液的浓度为1～30wt%。
步骤c）中所用没食子酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1。
所得环保型导电胶黏剂中聚乙烯吡咯烷酮的含量为20～35wt%，纳米纤维素的含量为0～8.5wt%。
所述纳米纤维素包括纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、微晶纤维素、细菌纤维素、TEMPO氧化纤维素纳米纤维。
本发明的优点在于：
本发明将生物相容性的没食子酸、纳米纤维素和聚乙烯吡咯烷酮通过氢键进行复配，可使所得胶黏剂具有良好的环境友好性、可重复使用性和导电性，可应用于家具、建筑、电子等领域。其中，聚乙烯吡咯烷酮作为复合胶黏剂的骨架，提供粘附性，且叔酰胺上的氮和氧作为氢受体与没食子酸形成氢键。没食子酸的使用有助于提高复合胶黏剂的导电性，而纳米纤维素的使用可进一步提高复合胶黏剂的胶黏强度。
附图说明
图1为不同CNC含量对PVP/GA/CNC复合胶黏剂的胶黏强度影响情况图。
图2为不同CNC含量对PVP/GA/CNC复合胶黏剂的电导率影响情况图。
图3为PVP/GA不同质量比对PVP/GA/CNC复合胶黏剂的电导率影响情况图。
图4为实施例6所制备的导电胶黏剂的重复使用性能测试结果图。
图5为实施例6所制备的导电胶黏剂在湿态（a）及干态（b）下的导电性能情况图。
具体实施方式
一种可重复使用的环保型导电胶黏剂，包括以下步骤：
a、将没食子酸用沸水溶解，制得没食子酸溶液；
b、将纳米纤维素分散在聚乙烯吡咯烷酮中形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液；
c、将配制好的没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，共混制得所述可重复使用的环保型导电胶黏剂。
步骤a）中所得没食子酸溶液的浓度为1～30wt%。
步骤c）中所用没食子酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1。
所得环保型导电胶黏剂中聚乙烯吡咯烷酮的含量为20～35wt%，纳米纤维素的含量为0～8.5wt%。
所述纳米纤维素包括纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、微晶纤维素、细菌纤维素、TEMPO氧化纤维素纳米纤维。
1. 测试不同CNC含量制备的PVP/GA/CNC复合胶黏剂的胶黏强度，其具体是将不同CNC含量（0%、1.0%、2.1%、3.2%、4.3%、5.6%、7.0%、8.5%）制备的PVP/GA/CNC复合胶黏剂涂覆在一块铁片、铝片、木材或玻璃表面，再在其上盖上另一块大小相当的同种材料，常温固化48h后用实验拉力机测其胶黏强度，结果见图1。
由图1结果可见，含0% CNC的复合胶黏剂在铁片、铝片、木材和玻璃上的胶黏强度分别为0.33 MPa，0.73 MPa，3.19 MPa和3.82 MPa。随着CNC含量的增加，复合胶黏剂的胶黏强度增加，CNC含量为5.6%的复合胶黏剂在铁片、铝片、木材和玻璃上的胶黏强度达到最大值，分别为0.93 MPa，3.03 MPa，4.39 MPa和4.91 MPa。而随着CNC含量的进一步增加，胶黏强度逐渐下降。这是由于过量的CNC破坏了CNC、PVP和GA之间的氢键平衡，导致胶黏强度降低。
2. 采用四点探针测试了不同CNC含量制备的PVP/GA/CNC复合胶黏剂的电导率，结果见图2。
由图2结果可见，CNC含量为0wt%的复合胶黏剂的导电率为6.0×10-4 S/cm。随着CNC含量的增加，电导率变化不大，在6.0×10-4 S/cm至7.0×10-4 S/cm之间，由此认为CNC的加入对复合胶黏剂的电导率影响不大。
3. 采用四点探针探究了PVP/GA不同质量比对PVP/GA/CNC复合胶黏剂电导率的影响，结果见图3。
由图3结果可见，PVP和GA的质量比为1:0.2时，所得复合胶黏剂的导电率为2.5×10-4 S/cm。随着GA质量的增加，电导率增加。当PVP和GA的质量比为1.0:1.0时，复合胶黏剂的电导率达到最大值6.5×10-4 S/cm。而随着GA质量的进一步增加，电导率下降。
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
将1g没食子酸加入到10g去离子水中，用油浴锅加热到100℃，搅拌30分钟，得没食子酸溶液。将所得没食子酸溶液加入到10g质量分数为10%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，搅拌15分钟用大量的去离子水浸泡48小时，得到约3.0g的可重复使用的导电胶黏剂，其胶黏强度为3.82MPa（玻璃），电导率为6.0×10-4 S/cm。
实施例2
将1g没食子酸加入到10g去离子水中，用油浴锅加热到100℃，搅拌30分钟，得没食子酸溶液。将1.45g质量分数为2.68wt%的纤维素纳米晶胶体分散在10g质量分数为10%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，搅拌15分钟并超声30分钟，形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液。将所得没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，搅拌15分钟后用去离子水浸泡48小时，得到约3.8g的可重复使用的导电胶黏剂，其胶黏强度为3.87MPa（玻璃），电导率为6.2×10-4 S/cm。
实施例3
将1g没食子酸加入到10g去离子水中，用油浴锅加热到100℃，搅拌30分钟，得没食子酸溶液。将3.01g质量分数为2.68wt%的纤维素纳米晶胶体分散在10g质量分数为10%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，搅拌15分钟并超声30分钟，形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液。将所得没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，搅拌15分钟后用去离子水浸泡48小时，得到约3.8g的可重复使用的导电胶黏剂，其胶黏强度为4.5MPa（玻璃），电导率为6.4×10-4 S/cm。
实施例4
将1g没食子酸加入到10g去离子水中，用油浴锅加热到100℃，搅拌30分钟，得没食子酸溶液。将4.69g质量分数为2.68wt%的纤维素纳米晶胶体分散在10g质量分数为10%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，搅拌15分钟并超声30分钟，形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液。将所得没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，搅拌15分钟后用大量的去离子水浸泡48小时，得到约3.9g的可重复使用的导电胶黏剂，其胶黏强度为4.53MPa（玻璃），电导率为6.5×10-4 S/cm。
实施例5
将1g没食子酸加入到10g去离子水中，用油浴锅加热到100℃，搅拌30分钟，得没食子酸溶液。将6.50g质量分数为2.68wt%的纤维素纳米晶胶体分散在10g质量分数为10%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，搅拌15分钟并超声30分钟，形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液。将所得没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，搅拌15分钟并用大量的去离子水浸泡48小时，得到约4.0g的可重复使用的导电胶黏剂，其胶黏强度为4.58MPa（玻璃），电导率为6.4×10-4 S/cm。
实施例6
将1g没食子酸加入到10g去离子水中，用油浴锅加热到100℃，搅拌30分钟，得没食子酸溶液。将8.47g质量分数为2.68wt%的纤维素纳米晶胶体分散在10g质量分数为10%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，搅拌15分钟并超声30分钟，形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液。将所得没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，搅拌15分钟并用大量的去离子水浸泡48小时，得到约4.1g的可重复使用的导电胶黏剂，其胶黏强度为4.91MPa（玻璃），电导率为6.5×10-4 S/cm。
1. 将实施例6制得的导电胶黏剂进行重复使用测试，其具体是将制备好的胶黏剂涂覆在一块玻璃表面，再在其上盖上另一块大小相当的玻璃，常温固化48h后，用实验拉力机测其胶黏强度。将拉开之后的玻璃放置于水中泡几分钟，再重新合上，常温固化48h后测其胶黏强度。循环重复几次后计算其胶黏强度，结果见图4。
由图4结果可见，第一次黏合后测得的最大的胶黏强度是4.91MPa，重复几次过后的胶黏强度仍可达4.69MPa，证明其具有良好的黏合特性，可重复进行使用。
2. 测试实施例6所制备的导电胶黏剂在湿态及干态下的导电性能。如图5中a所示，在一个发光二极管(LED)灯泡和两个干电池组成的简单电路中，导电胶黏剂可以作为一个导电器件来照亮LED。这是因为没食子酸可以电离生成苯氧根离子、羧酸根离子和氢离子，有利于形成离子传导通道，这些离子传导通道可以导电，使导电胶黏剂具有导电性。
同时，如图5中b所示，导电胶黏剂附着在两块铁片上，固化48h后可承受400g的重量。且当贴壁连接到闭合电路时，LED灯泡就亮起来了。这说明界面处的导电胶黏剂不仅具有较强的粘接强度，而且在干态下具有良好的导电性。
实施例7
将1g没食子酸加入到10g去离子水中，用油浴锅加热到100℃，搅拌30分钟，得没食子酸溶液。将10.62g质量分数为2.68wt%的纤维素纳米晶胶体分散在10g质量分数为10%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，搅拌15分钟并超声30分钟，形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液。将所得没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，搅拌15分钟并用大量的去离子水浸泡48小时，得到约4.1g的可重复使用的导电胶黏剂，其胶黏强度为3.63MPa（玻璃），电导率为6.6×10-4 S/cm。
实施例8
将1g没食子酸加入到10g去离子水中，用油浴锅加热到100℃，搅拌30分钟，得没食子酸溶液。将12.96g质量分数为2.68wt%的纤维素纳米晶胶体分散在10g质量分数为10%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，搅拌15分钟并超声30分钟，形成纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液。将所得没食子酸溶液加入到纳米纤维素/聚乙烯吡咯烷酮分散液中，搅拌15分钟并用大量的去离子水浸泡48小时，得到约4.2g的可重复使用的导电胶黏剂，其胶黏强度为3.44MPa（玻璃），电导率为6.5×10-4 S/cm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。