[发明专利]一种双物理交联自愈合聚合物弹性体的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种双物理交联自愈合聚合物弹性体的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴将改性聚二甲基硅氧烷和三苯胺溶解于三氯甲烷中，并在氮气保护下于冰浴中搅拌，得到混合液；⑵将溶有二异氰酸酯的三氯甲烷溶液逐滴滴加到混合液中，滴加完毕后搅拌反应，得到粘稠状的凝胶；⑶将金属化合物溶解在四氢呋喃中，得到溶液Ⅰ；⑷将凝胶完全溶解在四氢呋喃中，得到溶液Ⅱ；⑸将溶液Ⅰ倒入溶液Ⅱ中搅拌，得到粘稠胶体；⑹胶体铺展在十八烷基三氯硅烷处理过的玻璃板上干燥，最后将干燥后的膜从玻璃板上剥下，即得双物理交联自愈合聚合物弹性体。本发明还公开了该弹性体在摩擦传感电极中的应用。本发明制备过程简单，快速，易于实现批量生产。

技术领域

本发明涉及聚合物材料领域，尤其涉及一种双物理交联自愈合聚合物弹性体的制备方法及其应用。

背景技术

作为一种软且易变形的材料，自愈合聚合物已被广泛用于智能柔性传感器、电子皮肤等领域。近年来，许多研究者一直致力于开发一种机械强度高、可拉伸性能好、且具有自愈合能力的聚合物。然而，因为绝大多数自愈合聚合物都是通过弱动态键进行交联，很难同时获得高的机械强度和优异的拉伸性能。

为了提高自愈合聚合物的机械强度和拉伸性能，在聚合物网络中引入一个额外的网络可提高它们的强度和拉伸性能。例如，2016年Duan课题组制备了一种由刚性和韧性网络组成的双网络聚合物（J. Duan, X. Liang, J. Guo, K. Zhu, and L. Zhang, Adv.Mater. 2016, 28, 8037–8044），刚性分子网络可以发生断裂而有效地消耗能量，避免应力集中而使聚合物过早的发生断裂；而柔性分子网络在应力作用下可以发生延展和变形，从而赋予聚合物良好的拉伸性能。然而，刚性网络在大变形下破裂时会对聚合物造成“不可逆”的破坏，严重地抑制了聚合物的自愈合性能。最近的策略是将强和弱交联氢键同时引入到聚合物网络中，以有效地提高聚合物的机械强度和自愈合性能（J. Kang, D. Son, G.N. Wang, Z. Bao, Adv. Mater. 2018, 30, 1706846）。但是，氢键是一种较弱的物理键，其无法使聚合物的机械强度得到更大幅度地提高。

由此可见，现存方法和技术存在着无法同时提高聚合物的机械强度、拉伸性能和自愈合能力以获得高性能电子皮肤的关键科学技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、快速的双物理交联自愈合聚合物弹性体的制备方法。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供该双物理交联自愈合聚合物弹性体的应用。

为解决上述问题，本发明所述的一种双物理交联自愈合聚合物弹性体的制备方法，包括以下步骤：

⑴将改性聚二甲基硅氧烷和三苯胺溶解于三氯甲烷中，并在氮气保护下于冰浴中搅拌1~3 h，得到混合液；所述改性聚二甲基硅氧烷与所述三氯甲烷的质量体积比为1：3~1：9：所述三苯胺与所述三氯甲烷的体积比为1：4.8~1：18；

⑵将浓度为0.1 g/ mL溶有二异氰酸酯的三氯甲烷溶液逐滴滴加到所述混合液中，滴加完毕后，再搅拌反应1~2 h，得到粘稠状的凝胶；所述溶有二异氰酸酯的三氯甲烷溶液与所述混合液的体积比为1：4.8~1：18；

⑶将金属化合物溶解在四氢呋喃中，得到浓度为0.5g/ mL~1.5 g/ mL的溶液Ⅰ；

⑷将所述凝胶按1：5~12的质量体积比完全溶解在四氢呋喃中，得到溶液Ⅱ；

⑸将所述溶液Ⅰ按1：9~22.5的体积比倒入所述溶液Ⅱ中，于60~80℃搅拌24~36 h，得到粘稠胶体；

⑹所述胶体铺展在十八烷基三氯硅烷处理过的玻璃板上，于室温下干燥2~4 h后，再于60~80℃下真空干燥12~24 h，最后，将干燥后的膜从玻璃板上剥下，即得双物理交联自愈合聚合物弹性体。