[發明專利]一種基于動態肟氨酯鍵離子凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210541407.X
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN115044191A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 游正偉;孫利杰;黃洪飛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08L75/06
• 分類號: C08L75/06;C08K5/42;C08G18/76;C08G18/66;C08G18/42;C08G18/38;C08G18/32;C08J3/09
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 黃志達

本發明涉及一種基于動態肟氨酯鍵離子凝膠及其制備方法和應用，由丁二酮肟氨酯DOU鍵構建的動態共價交聯網絡與離子液體[EMI][TFSI]構成。本發明通過離子液體比如[EMI][TFSI]的引入有效地降低了動態共價網絡解離重組的活化能，從而有利于交聯網絡的重排并實現離子凝膠的自愈合與重加工。同時，[EMI][TFSI]為離子凝膠提供了高導電性，并可用于應變、濕度和溫度的多功能傳感器。

技術領域

本發明屬于可穿戴電子設備領域，特別涉及一種基于動態肟氨酯鍵離子凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

以可穿戴電子設備為代表的人體交互電子器件是正在磅礴發展的戰略性新興產業，越來越多的電子設備和功能化器件向可穿戴化發展。其中，可穿戴傳感器將生理活動信號轉換為可視的電信號，在移動醫療、電子皮膚、仿生假肢、智能機器人等領域具有巨大的應用潛力。離子凝膠具有柔軟、高拉伸和高透明等性質，能夠很好地匹配人體軟組織，適應不同運動過程中的形變，從而達到準確的信息傳遞。

在實際使用時如何賦予可穿戴器件自愈合能力延長使用壽命以及賦予重復加工性提高利用率降低環境負荷，是目前亟待解決的重要問題。對于離子凝膠自愈合性的報道主要集中于非共價鍵等弱相互作用。由于弱相互作用交聯的網絡，這些凝膠力學性能不盡如人意，主要表現為拉伸后回彈的滯后嚴重，作為傳感器將無法實現實時準確的反饋。此外，這些弱相互作用在較高溫度下會出現不同程度的動態性增加，從而影響離子凝膠結構和性能的穩定性。

共價鍵交聯的熱固性材料在力學尤其是彈性和熱穩定性明顯優于熱塑性材料。交聯的分子結構是熱固性材料優異性能的原因。但是，這些優勢是以不熔、不溶并且難以進行后處理和回收利用的限制為代。使用不可回收材料必然會導致原材料耗竭并產生廢物，從而對環境和經濟產生負面影響。因此，提供熱塑性可回收性而不降低熱固性塑料結構穩定性的新型聚合物材料成為材料研究的熱點。共價適應性網絡(Covalent adaptablenetworks,CANs)結合了傳統熱固性塑料和熱塑性塑料的優點，并在自愈合材料，可回收的高性能材料和可編程材料體系等各個領域顯示出巨大的前景。盡管CANs取得了長足進步，但對功能(例如導電性能)的研究還不夠深入。CANs的電學特性對于其在可穿戴電子設備，生物醫學設備和能量存儲系統等新興領域的實際應用至關重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于動態肟氨酯鍵離子凝膠及其制備方法和應用，通過共價交聯網絡與離子液體[EMI][TFSI]的結合可以有效降低動態共價網絡解離的活化能，從而有利于網絡的重排和實現材料的自愈合與重加工。同時，[EMI][TFSI]為離子凝膠提供了高導電性，并可用于應變、濕度和溫度的多功能傳感器。

本發明提供了一種基于動態肟氨酯鍵離子凝膠，由丁二酮肟氨酯DOU鍵構建的動態共價交聯網絡與離子液體[EMI][TFSI]構成。

所述丁二酮肟氨酯DOU鍵構建的共價交聯網絡為動態肟氨酯基交聯聚氨酯DOU-CPU。

所述離子液體[EMI][TFSI]的用量為相對于DOU-CPU重量的20-60％。

本發明還提供了一種基于動態肟氨酯鍵離子凝膠的制備方法，包括：

將聚乙二醇已二酸酯二醇PEGAD進行除水處理，將除水后的PEGAD、丁二酮肟DMG、甘油以及離子液體[EMI][TFSI]溶解在有機溶劑中；30-40℃磁力攪拌下，加入二苯基甲烷二異氰酸酯MDI和二月桂酸二丁基錫DBTDL，反應30min-40min；將反應混合物倒入聚四氟乙烯模具中，繼續在30-40℃下反應12-14h，然后真空固化，得到基于動態肟氨酯鍵離子凝膠。

所述PEGAD、DMG、甘油和MDI的摩爾比為2:0.8-1:0.8-1:4-5，DBTDL的加入量為反應物的0.1-0.3wt％。

所述有機溶劑為丙酮。

所述真空固化溫度為60℃，時間為24h。