[发明专利]一种具有强弱离子簇的固态离子弹性体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有强弱离子簇的固态离子弹性体及其制备方法。该离子弹性体是以乙烯基咪唑类离子液体和丙烯酸酯类化合物为反应单体，经热引发剂原位自由基聚合得到。由于所用两种单体结构差异较大，因此在自由基聚合反应过程中，两种单体的反应速率也具有较大差异。这样差异使聚合物内部形成不均匀分布的离子团簇，极大地提高了聚合物的拉伸性能，且所得离子弹性体还具备良好的热稳定性，以及在较宽温度范围内良好的导电性，因而在柔性电子皮肤、人体运动监测、可植入电子设备、人机交互界面等领域表现出巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种新型离子导电弹性体材料，尤其涉及一种具有强弱离子簇的固态离子弹性体及其制备方法。

背景技术

随着柔性离子/电子学的发展，可拉伸离子导体在柔性导体的发展中展现出巨大的应用潜力，如可穿戴设备、软致动器、应变传感器等。由交联聚合物网络包裹盐水制备的水凝胶已经广泛用作可拉伸离子导体，用于制备可拉伸电子器件。然而，由于水容易蒸发，会降低水凝胶的性能，因此用水凝胶制备的离子导体的长期稳定性一直备受关注。用聚合物网络包含离子液体或者深共晶溶剂制备的离子凝胶，被认为是一种水凝胶的良好替代品。但它们在机械外力作用下也可能会发生离子液体或深共晶溶剂的泄漏。

本发明将可聚合的离子液体和丙烯酸酯类单体共聚，可以得到具有优异拉伸性能、高弹性、高透明度和自粘附性的离子弹性体。由于不含有任何自由水或者游离离子液体，其可有效避免液体泄漏的问题。同时，由于两种单体结构差异较大，其在聚合过程中反应速率不同，从而可在聚合物内部产生离子团簇。这种离子团簇的产生，使得离子弹性体在保持其拉伸性能的同时，大幅提升其力学性能。

发明内容

本发明旨在开发一种具有强弱离子簇的固态离子导电弹性体及其制备方法。通过该方法制备出的离子弹性体是固态的，不含有自由水或者游离离子液体，避免了自由水失水、离子液体泄漏等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有强弱离子簇的固态离子弹性体，其是以乙烯基咪唑类离子液体和丙烯酸酯类化合物为反应单体，通过热引发剂引发原位自由基聚合反应而制得；其制备方法具体是在不添加任何溶剂的条件下，将乙烯基咪唑类离子液体、丙烯酸酯类化合物以及热引发剂混合搅拌均匀，形成前驱体溶液，然后抽真空除去溶液中残留的溶解氧后，将该前驱体溶液注射到中空玻璃模具中，60℃下反应12h，随后将所得产物从模具上剥离，即得所述固态离子弹性体。

进一步地，所述乙烯基咪唑类离子液体为1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、3-乙基-1-乙烯基咪唑鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑三氟甲烷磺酰亚胺盐中的任意一种，优选为1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐（）。

进一步地，所述丙烯酸酯类化合物为2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸苯乙烯酯中的任意一种，优选为2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯（）。

进一步地，所用乙烯基咪唑类离子液体和丙烯酸酯类化合物的摩尔比为1:20~1:3，优选为1:5。

进一步地，所述热引发剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈（AIBN），优选为AIBN，其用量为反应单体总质量的1%。

进一步地，所述中空玻璃模具包括第一玻璃层、第二玻璃层，以及位于第一玻璃层与第二玻璃层之间的第一氟化乙烯丙烯层和第二氟化乙烯丙烯层，所述第一氟化乙烯丙烯层与第二氟化乙烯丙烯层之间设有环形橡胶层，在环形橡胶层内周形成用于承置前驱体溶液的容纳腔，在环形橡胶层上设有用于往容纳腔内注入前驱体溶液的孔道。

在优选条件下，所得固态离子弹性体的化学结构式为。该离子弹性体具有高弹性、优异的拉伸性能、高透明度和一定的自粘附性，此外，其在较宽温度范围内具有良好的热稳定性和较高的离子电导率。