一种抗菌有机硅弹性体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种抗菌有机硅弹性体及其制备方法与应用，利用含儿茶酚残基的3，4

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌有机硅弹性体及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于柔性复合材料领域，特别涉及一种抗菌有机硅弹性体的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着高分子复合材料的不断发展，在人们的日常生活中各种柔性复合导电器件的需求量愈发增多，其中最为突出的研究领域自当是柔性传感、电子皮肤、可穿戴电子产品、医疗器械等方向。应变传感器的研究开发促进了人工智能、表皮微电子机械系统、可植入生物传感器和生物诊断等领域的发展。为了进一步促进应变传感器的实际应用，考虑其在使用过程中的稳定性尤为重要。尤其是在使用的过程中，会有一些细菌的滋生，不仅对皮肤造成一定的影响，也会腐蚀导电层，从而干扰传导通路。所以各种柔性复合导电器件在可拉伸和可自愈的能力的基础上，抗菌能力也尤为重要。
[0004]传统的有机硅复合导电材料往往通过将由动态交联的有机硅网络与导电纳米材料复合制备而成，但并不具有抗菌性能。如何赋予有机硅复合材料以抗菌能力并不破坏其传感性能是一个难题。而基于硅氧烷衍生物与纳米材料复合制得的有机硅纳米复合体系，可利用纳米材料(如碳纳米管、氧化石墨烯、MXenes等)的导电性，轻松实现复合材料的导电性能。但专利技术人发现：材料的导电性、长期使用稳定性以及抗菌性能还有进一步提升空间。
[0005]此外，CN112932412A公开了一种基于多重可逆键合作用自粘附电子皮肤及其制备方法与应用，将甲酰基苯硼酸、多羟基苯甲醛、端氨基预聚物溶解在有机溶剂，在室温至90℃下反应30min～72h后，加入金属盐进行配位，所得聚合物溶液浇注在导电层上，去除溶剂，得到聚合物弹性体；在导电层两端连接柔性电极，得到自粘附电子皮肤。CN112679964A公开了一种银纳米线/有机硅弹性体自修复柔性材料及其制备方法、柔性传感器；采用强弱键交联机制及物理共混法实现银纳米线和有机硅弹性体的紧密结合；银纳米线表面修饰有聚乙烯吡咯烷酮，可与合成的自修复有机硅弹性体形成更多的氢键，提高其修复速率，增强银纳米线在基体内的分散性，提高柔性材料的导电性和传感灵敏度。然而，上述材料无法同时具备优秀的导电能力、敏感的传感能力、抗菌能力以及长期稳定性。

技术实现思路

[0006]为了克服上述问题，本专利技术提供了一种抗菌有机硅弹性体的制备方法。采用含儿茶酚残基的单体衍生物B(例如：3，4
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二羟基苯甲酸)以及含有二硫键的羧酸衍生物C(例如：3，3
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二硫代二丙酸)对氨基功能化的聚硅氧烷A进行改性，经过脱水反应后，儿茶酚残基以及二硫醚通过酰胺键分别与硅氧烷相连。将氯化锌加入复合体系中，使复合体系中同时存在氢键、金属
‑
配体键和二硫键。在多种可逆且强弱不同的化学键的作用下，赋予有机硅复
合材料高效的室温自愈能力和出色的力学性能来维持材料的稳定性。利用体系中的S
‑
S键巧妙地将银纳米颗粒通过S
‑
Ag作用引入聚合物体系中，使得有机硅复合材料同时具备优秀的导电能力、敏感的传感能力、抗菌能力以及长期稳定性；本专利技术制备方法绿色简便，适合大规模生产。
[0007]本专利技术以贻贝为灵感，制备了具有良好力学性能的自修复抗菌有机硅导电弹性体。弹性体的力学性能受硬域、软域的控制，可以对力学性能进行调控。再巧妙的利用S
‑
Ag相互作用引入AgNPs对材料进行了进一步的增强，在体系中由于多个可逆相互作用和动态二硫键，使得所制备的抗菌有机硅弹性体具有良好的自修复性能。这种贻贝启发的自愈导电弹性体可以为应变传感器可应用于医疗设备、运动监测等领域。
[0008]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一个方面，提供了一种抗菌有机硅弹性体的制备方法，包括：
[0010]采用含儿茶酚残基的单体衍生物B以及含有二硫键的羧酸衍生物C对氨基功能化的聚硅氧烷A进行改性，得到含酰胺键、二硫键和儿茶酚残基的聚硅氧烷衍生物D；然后采用锌盐将儿茶酚残基进行配位，得到含酰胺键、二硫键和金属配位键的聚硅氧烷衍生物E；
[0011]将所述含酰胺键、二硫键和金属配位键的聚硅氧烷衍生物E与银纳米颗粒混合均匀，复合，得到柔性抗菌导电有机硅复合材料。
[0012]本专利技术研究发现：采用由永久性共价键交联方式制备的有机硅共价键交联网络，虽然具有较好的机械性能，但此类材料稳定性差、制备工艺复杂。为此，本专利技术利用采用含儿茶酚残基的3，4
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二羟基苯甲酸以及含有二硫键的3，3
’‑
二硫代二丙酸对氨基功能化的聚硅氧烷进行改性，经过脱水反应后，儿茶酚残基以及二硫醚通过酰胺键分别与硅氧烷相连。将氯化锌加入复合体系中，使复合体系中同时存在氢键、金属配位键和二硫键。在多种可逆且强弱不同的化学键的作用下，赋予有机硅复合材料高效的室温自愈能力和出色的力学性能来维持材料的稳定性，由于银纳米颗粒的帮助，有机硅复合材料还具备优秀的导电能力、敏感的传感能力以及抗菌能力。
[0013]本专利技术的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的柔性抗菌导电有机硅复合材料，所述柔性抗菌导电有机硅复合材料的分子量的范围为：3000
‑
90000。
[0014]与现有技术相比，本专利技术制备的柔性抗菌导电有机硅复合材料具有高效的室温自愈能力、出色的力学性能、优秀的导电能力、敏感的传感能力和抗菌能力。
[0015]本专利技术的第三个方面，提供了上述的柔性抗菌导电有机硅复合材料在制造柔性传感、电子皮肤、可穿戴电子产品和医疗器械中的应用。
[0016]由于本专利技术的柔性抗菌导电有机硅复合材料在兼具良好的室温自愈能力、力学性能、导电能力、传感能力和抗菌能力，因此，有望在柔性传感、电子皮肤、可穿戴电子产品和医疗器械制造中得到广泛的应用。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]1、与现有技术相比，本专利技术采用含儿茶酚残基的单体衍生物B以及含有二硫键的羧酸衍生物C对氨基功能化的聚硅氧烷A进行改性，经过脱水反应后，儿茶酚残基以及二硫醚通过酰胺键分别与硅氧烷相连。将氯化锌加入复合体系中，使复合体系中同时存在氢键、金属配位键和二硫键。在多种可逆且强弱不同的化学键的作用下，赋予有机硅复合材料高效的室温自愈能力和出色的力学性能来维持材料的稳定性，由于银纳米颗粒的帮助，有机
硅复合材料还具备优秀的导电能力、敏感的传感能力以及抗菌能力。
[0019]例如：银纳米颗粒含量占总体系质量10wt％的有机硅弹性体的拉伸强度可以达到2.4MPa，在室温的条件下自修复24h，抗菌有机硅弹性体的修复效率可达91.1％。抗菌有机硅弹性体的电阻随着应变增加而线性增加，其中在相对大应变范围内GF高达8.387，可见其对应变十分敏感，抗菌有机硅弹性体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的有着明显的抗菌效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗菌有机硅弹性体的制备方法，其特征在于，包括：步骤一：将含氨基聚硅氧烷衍生物A与小分子含儿茶酚残基的单体衍生物B以及含有二硫键的羧酸衍生物C于有机溶剂中溶解，常压下充分混合，加热，反应，即得含酰胺键、二硫键和儿茶酚残基的聚硅氧烷衍生物D；步骤二：含酰胺键、二硫键和儿茶酚残基的聚硅氧烷衍生物D与锌盐于四氢呋喃中，常压下充分混合，加热，反应，即得含酰胺键、二硫键和金属配位键的聚硅氧烷衍生物E；步骤三：将含酰胺键、二硫键和金属配位键的聚硅氧烷衍生物E与银纳米颗粒复合搅拌并超声反应，固化成膜，获得基于氢键、金属配位键和二硫键的抗菌有机硅弹性体。2.根据权利要求1所述的抗菌有机硅弹性体的制备方法，其特征在于，步骤一中所述含氨基聚硅氧烷衍生物A的结构单元通式如下：其中，a和b为大于零的自然数；R1为甲基、苯基或者三氟丙基；R2的结构式为其中y＝0～10；优选的，所述含氨基聚硅氧烷衍生物A的分子量为1000～30000。3.根据权利要求1所述的抗菌有机硅弹性体的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的小分子含儿茶酚残基的单体衍生物B的通式如下：其中，R3为—(CH2)
z
—，Z为自然数；进一步优选为3，4
‑
二羟基苯甲酸：或3，4
‑
二羟基苯乙酸：4.根据权利要求1所述的抗菌有机硅弹性体的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的含有二硫键的羧酸衍生物C的通式如下：其中，R4为—(CH2)
z
—，Z为自然数碱；
进一步优选为3，3
’‑
二硫代二乙酸或3，3
’‑
二硫代二丙酸：5.根据权利要求1所述的抗菌有机硅弹性体的制备方法，其特征在于，步骤一中反应温度50℃～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘月涛，王哲，张德金，张凯铭，高传慧，武玉民，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：