一种弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种弹性体的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将主体分子多聚环糊精与双键改性的客体分子进行包合，得到组装体；步骤2：在引发剂存在下，将丙烯酸酯类单体与所述组装体进行共聚反应，得到弹性体。该弹性体的制备方法简单，操作便捷。通过本发明专利技术的制备方法得到的弹性体可在室温和湿度环境下无刺激进行自修复，提高材料的使用寿命。

An elastomer and its preparation method

The invention discloses a preparation method of an elastomer, which includes the following steps: Step 1: inclusion of a host molecule polycyclodextrin and a double key modified guest molecule; step 2: in the presence of initiator, the acrylate monomers and the assembled body are copolymerized to get the elastomer. The elastomer is simple in preparation and easy to operate. The elastomer obtained by the preparation method can be self repaired at room temperature and humidity without stimulation to improve the service life of the material.

【技术实现步骤摘要】
一种弹性体及其制备方法
本专利技术涉及功能高分子材料领域，尤其涉及一种聚丙烯酸酯弹性体及其制备方法。
技术介绍
一般的材料在使用过程中长期处于受力状态，难免会受到光、热等外界环境的影响，在材料内部或表面形成难以检测到的微小裂纹。一方面材料中微小裂纹会弱化材料的功能，另一方面材料的微小裂纹会在材料内部形成应力集中点，无法将施加到材料上的应力传导和分散，这将对材料产生破坏。再者，随着时间的延长，微小裂纹就会逐渐发展变成肉眼可见的宏观大裂缝、缺口等，这会导致材料的结构和功能的失效，可能会产生灾难性的后果。此外，材料的裂缝会加速材料的老化，严重缩短材料的使用寿命，从而造成大量的浪费。在各种材料中，聚合物弹性体材料本身具有一定的韧性，在使用过程中能够将外界的能量耗散避免由于瞬时能量过大造成不可逆的损伤，具有较好的应用前景，在现代社会中也有较好的应用。自修复材料是一种在无外界作用条件下，材料本身能对内部缺陷进行自我修复的新型材料，而自修复弹性体的制备则又更好的加强了弹性体材料的功能性。因为软体或者弹性体材料很大程度上可应用于可穿戴设备，之前大多数是针对其功能化的改性，赋予其导电、磁性和介电性能。近年来，自修复材料的制备研究受到了极大的关注，科学家们基于包埋愈合剂、引入动态共价键或超分子化学等方法设计了很多种类的自修复材料。其中，关于自愈合弹性体等材料的研究也引起了极大的兴趣和广泛的关注。目前，这些功能性软体材料实现自修复行为大多需要外界刺激(光、热、湿度等)，关于自修复弹性体的研究大多集中在利用非共价键如氢键和过度化学键形成网络结构。然而，对于自修复弹性体，依靠平行氢键或多重氢键的相互作用实现自修复行为受水分影响较大，在湿度环境下材料自修复能力会大幅下降。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种弹性体及其制备方法，通过该方法制得的弹性体具有自修复功能，在湿度环境下自修复能力良好，可以延长材料的使用寿命，减少材料的浪费，且制备方法简单，操作便捷。其具体技术方案如下：本专利技术提供了一种弹性体的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将主体分子多聚环糊精与双键改性的客体分子进行包合，得到组装体；步骤2：在引发剂存在下，将丙烯酸酯类单体与所述组装体进行共聚反应，得到弹性体。优选的，所述客体分子用量为所述主体分子的用量的1.0～5eq.。优选的，所述组装体的用量为所述丙烯酸酯类单体的用量的1～30mol％；更优选的，所述组装体的用量为所述丙烯酸酯类单体的用量的2～10mol％。优选的，所述引发剂的用量为所述组装体浓度的0.05～5wt％。优选的，步骤1所述客体分子的客体基团选自金刚烷基团、偶氮苯基团、二茂铁基团、多酚基团、酚酞基团或肉桂酸基团；所述客体基团为可与主体分子产生主客体包合的基团。双键改性前的客体分子包括金刚烷甲酸、偶氮苯甲酸、二茂铁甲酸、二茂铁乙酸或二甲基吡啶。步骤1所述包合的反应具体为将主体分子多聚环糊精与双键改性的客体分子按环糊精与双键改性的客体分子的摩尔比为1：1进行包合，包合采用混合溶剂DMSO/H2O(v/v)＝1：1～10：1，18～50℃搅拌12～24h得到组装体。优选的，步骤3所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯。优选的，步骤2所述的引发剂为自由基反应引发剂；所述自由基反应引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈和偶氮二异丁酸二甲酯、过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯或过氧化甲乙酮。优选的，步骤2所述共聚反应的时间为12～48h；所述共聚反应的温度为30～100℃。优选的，步骤1所述多聚环糊精由至少2个环糊精通过交联剂制备而成；所述环糊精包括至少6个吡喃葡萄糖分子形成的环状低聚糖及其衍生物；所述环糊精优选为β-环糊精或α-环糊精；所述交联剂选自环氧氯丙烷、低聚物、二元酸或酸酐；所述低聚物由聚丙二醇和甲苯二异氰酸酯制得。本专利技术还提供了一种上述制备方法得到的弹性体。本专利技术还提供了一种上述弹性体在自修复聚合物弹性体材料中的应用。从以上技术方案可知，该弹性体是通过三步法制备的：首先是充当物理交联点的主体分子的制备，即合成多聚环糊精的寡聚体，然后与改性过的客体分子进行包合，最后与丙烯酸酯基单体进行共聚得到目标材料。由于该材料中的主客体交联点为超分子物理交联，具有可逆性，因此能够通过主客体的分子识别和分子链的运动实现室温和湿度环境下无刺激自修复，提高材料的使用寿命。该弹性体制备方法简单，操作便捷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术提供的弹性体自修复前后直观对比图。图2为本专利技术提供的弹性体自修复前后3D超景深图像对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供的弹性体及其制备方法中所用的原料及试剂均可由市场购得。以下就本专利技术所提供的一种弹性体及其制备方法做进一步说明。实施例一多聚环糊精的制备：将10g的β-环糊精溶解于15ml的NaOH溶液中。加入5mol％的环氧氯丙烷，在35℃下继续搅拌反应3h，将溶液倒入200ml的异丙醇中沉淀，过滤，然后将粗产物溶于水中，并用稀盐酸中和，透析一周，最后将产物冻干即可。改性客体分子制备：向金刚烷甲酸(18.4g，102mmol)加入40ml氯化亚砜，80℃条件下搅拌2h，旋蒸除去过量的氯化亚砜得到金刚烷甲酰氯；将羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)(2g，15mmol)、三丙胺(3.3g，23mmol)溶于200mL无水二氯甲烷中(0-5eq.)，滴加溶有3.7g金刚烷甲酰氯(18.6mmol)的二氯甲烷，继续搅拌5h后静置过夜，抽滤得到浅黄色液体。洗涤，干燥，即为改性客体分子羟乙基甲基丙烯酸酯-金刚烷(HEMA-Ad)。组装体的制备；将4g多聚环糊精(poly-CD)溶解于10ml水中，按环糊精(CD)与HEMA-Ad摩尔比1：1进行包合，包合采用混合溶剂DMSO/H2O(v/v)＝1：1，室温下剧烈搅拌24h得到改性单体溶液。聚合物弹性体的制备：移取上述含功能性单体的溶液20ml，加入6.045ml(57.6mmol)的羟乙基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，然后再加入引发剂过硫酸钾(KPS)138mg(0.6mmol)，混合均匀后通入氩气鼓泡20min，室温反应过夜。将所得产物在烘箱中50℃下干燥12h，然后于室温和常压下干燥3天，得到聚合物弹性体。自修复实验：如图1和图2所示，用手术刀将干燥后的本实施例制备的聚合物弹性体切一个深度为2毫米左右的裂口，在室温和70％湿度条件下放置12h后，用3D超景深显微镜对断面进行观察，发现裂纹明显变浅，弹性体逐渐恢复到初始形状。修复效率＝裂口愈合前的面积/愈合后面积＝95％。实施例二多聚环糊精的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将主体分子多聚环糊精与双键改性的客体分子进行包合，得到组装体；步骤2：在引发剂存在下，将丙烯酸酯类单体与所述组装体进行共聚反应，得到弹性体。

【技术特征摘要】
1.一种弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将主体分子多聚环糊精与双键改性的客体分子进行包合，得到组装体；步骤2：在引发剂存在下，将丙烯酸酯类单体与所述组装体进行共聚反应，得到弹性体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述客体分子用量为所述主体分子的用量的1.0～5eq.。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述组装体的用量为所述丙烯酸酯类单体的用量的1～30mol％。4.据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2所述引发剂的用量为所述组装体浓度的0.05～5wt％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1所述客体分子的客体基团选自金刚烷基团、偶氮苯基团、二茂铁基团、多酚基团、酚酞基团或肉桂酸基团。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2所述丙烯酸酯类单体选自丙烯酸羟甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：林木松，付强，范圣平，钱艺华，侯君波，张晟，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44