一种基于动态配位键的导电自修复聚氨酯弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动态配位键的导电自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，包括：(a)取一定量的聚酯或聚醚多元醇或其混合物，真空脱水，加入一定量异氰酸酯，反应后加入含配位原子的扩链剂，继续真空反应，干燥得到功能聚氨酯；(b)、将功能聚氨酯溶于氯仿中，加入导电纳米碳管，分散均匀后得稳定的导电功能聚氨酯溶液；(c)、将含金属配位离子的化合物溶于甲醇中加入步骤(b)制得的导电功能聚氨酯溶液中，混合均匀，交联成膜，得导电自修复聚氨酯弹性体。本发明专利技术的导电自修复聚氨酯具有力学和导电自修复率高等特点，适用于制造柔性传感器等功能材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态配位键的导电自修复聚氨酯弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术属于导电高分子复合材料
，涉及一种基于动态配位键的导电自修复聚氨酯弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]导电高分子复合材料是功能高分子材料重要的研究领域之一。由于大多数聚合物是绝缘体，利用导电填料与聚合物复合来制备的导电高分子复合材料具有加工简便和易导电性能等特点，在汽车、能源、航空、电子电气和传感等领域具有应用广泛。目前常用的导电高分子复合材料在拉伸时易开裂而影响到材料的使用寿命。柔性传感器要求在可拉伸或弯曲程度较高时也能保持一定的电导率，并且循坏多次使用。由于聚氨酯具有可调控的软硬链段，使其在很多领域中用作可拉伸传感器的基体材料。
[0003]目前，一般在导电聚氨酯材料使用的过程中，材料表面及内部不可避免会产生微小裂纹，影响材料的力学及导电性能，然而就目前的技术而言，很难对材料内部进行探伤这使得导电聚氨酯材料的使用寿命较短。一般自修复聚氨酯具有可自修复，使用寿命长等优点，但是与普通高分子材料一样不具备导电性，这限制了其在柔性传感器中的使用。

技术实现思路

[0004]目的：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于动态配位键的导电自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，以适用于制造柔性传感器。
[0005]技术方案：本专利技术采用的技术方案为：根据本专利技术的第一方面，提供一种导电自修复聚氨酯弹性体的制备方法，包括：步骤(a)、取一定量的聚酯或聚醚多元醇或其混合物，真空脱水，加入一定量异氰酸酯，反应后加入含配位原子的扩链剂，继续真空反应，干燥得到功能聚氨酯；步骤(b)、将功能聚氨酯溶于氯仿，加入导电纳米碳管，分散均匀后得稳定的导电功能聚氨酯溶液；步骤(c)、将含金属配位离子的化合物溶于甲醇后，加入步骤(b)制得的导电功能聚氨酯溶液中，混合均匀，溶剂挥发，交联成膜，得导电自修复聚氨酯弹性体。
[0006]在一些实施例中，步骤(a)中，所述聚酯或聚醚多元醇或其混合物为聚己二酸丁二醇酯二醇、聚四氢呋喃、聚丙二醇中的一种或几种混合；优选的，聚四氢呋喃采用分子量为1000的聚四氢呋喃，聚丙二醇采用分子量为1000的聚丙二醇；和/或，所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯的一种或几种，优选为六亚甲基二异氰酸酯；和/或，所述含配位原子的扩链剂优选为2,6
‑
二氨基吡啶，之所以选择2,6
‑
二氨基吡啶，是因为它可以与Fe
3+
、Cu
2+
和Zn
2+
等多种金属离子配位。
[0007]2,2
‑
二氨基吡啶需先重结晶，加入时的温度为60~70℃。
[0008]在一些实施例中，步骤(a)中，聚酯或聚醚多元醇或其混合物、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为1:（1.2~2.4）:1。
[0009]在一些实施例中，步骤(a)中，还加入有催化剂，催化剂优选为二月桂酸二丁基锡。
[0010]在一些实施例中，步骤(b)中，导电纳米碳管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或几种。
[0011]在一些实施例中，步骤(b)中，加入导电纳米碳管的量为功能聚氨酯质量的0.5~7%，优选为1~3%。
[0012]在一些实施例中，步骤(c)中，金属配位离子为Fe
3+
、Cu
2+
或Zn
2+
，优选含金属配位离子的化合物为Fe
3+
化合物，如三氯化铁六水合物，Fe
3+
与聚氨酯的摩尔比为2:1，之所以选择Fe
3+
化合物是由于Fe
3+
与2,6
‑
二氨基吡啶配位存在两个弱键和一个强键，有利于断裂修复，而Cu
2+
和Zn
2+
与2,6
‑
二氨基吡啶配位只有强键，不利于修复。
[0013]在一些实施例中，步骤(c)中，交联反应的温度为60~80℃。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供一种导电自修复聚氨酯弹性体，由所述的制备方法制得。
[0015]根据本专利技术的第三方面，提供所述的导电自修复聚氨酯弹性体在柔性传感器中的应用。
[0016]有益效果：本专利技术一种基于动态配位键的导电自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，采用聚酯或聚醚多元醇或其混合物、异氰酸酯和含配位原子的扩链剂制备功能聚氨酯，并加入导电纳米碳管进行复合、使用金属离子交联得到导电自修复聚氨酯，具有力学和导电自修复率高等特点，克服了一般柔性导电材料使用寿命短的特点。
[0017]优选为采用聚四氢呋喃和六亚甲基二异氰酸酯为基底材料以及2,6
‑
二氨基吡啶为功能扩链剂制备聚氨酯弹性体。使用金属离子（Fe
3+
）交联，并加入导电纳米碳管（多壁碳纳米管）进行复合得到导电自修复聚氨酯，具有力学和导电自修复率高等特点，克服了一般柔性导电材料使用寿命短的特点。
具体实施方式
[0018]下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。
[0019]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0020]出于本说明书和所附权利要求书的目的，除非另有陈述，否则所有表达量、百分数或比例的数字及本说明书和所附权利要求书中所用的其它数值被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。此外，本文公开的所有范围都包括端点在内且可独立组合。
[0021]实施例1（导电功能对比例）首先，按摩尔比1:2:1称取分子量为1000的聚四氢呋喃、六亚甲基二异氰酸酯和2,6
‑
二氨基吡啶，将聚四氢呋喃在120℃且真空脱水。然后，加入六亚甲二异氰酸酯及二月桂酸二丁基锡作为催化剂，体系稳定后升温至85℃，反应2小时，加入溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺
中的2,6
‑
二氨基吡啶，反应5min后放入真空烘箱中进一步反应至完全，干燥得到功能聚氨酯。将得到的功能聚氨酯溶于氯仿中（溶质为溶剂的10% w/v），将三氯化铁六水合物溶解在甲醇中（溶质为溶剂的1% w/v）。然后将含Fe
3+
的甲醇溶液加入到聚氨酯的溶液中，Fe
3+
与聚氨酯的摩尔比为2:1，将其倒入聚四氟乙烯模具中室温成膜，60℃交联得到自修复聚氨酯弹性体膜。
[0022]将试样从中部垂直切断后，把断面贴合，放入烘箱中愈合。测试得到材料的电导率为0 S/cm，力学性能的修复效率为99%以上。
[0023]实施例1中未加入导电纳米碳管，因此，制得的自修复聚氨酯弹性体膜不具有导电功能。
[0024]实施例2首先，按摩尔比1:2:1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电自修复聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括：步骤(a)、取一定量的聚酯或聚醚多元醇或其混合物，真空脱水，加入一定量异氰酸酯，反应后加入含配位原子的扩链剂，继续真空反应，干燥得到功能聚氨酯；步骤(b)、将功能聚氨酯溶于氯仿中，加入导电纳米碳管，分散均匀后得稳定的导电功能聚氨酯溶液；步骤(c)、将含金属配位离子的化合物溶于甲醇加入步骤(b)制得的导电功能聚氨酯溶液中，混合均匀，交联成膜，得导电自修复聚氨酯弹性体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述聚酯或聚醚多元醇或其混合物为聚己二酸丁二醇酯二醇、聚四氢呋喃、聚丙二醇中的一种或几种混合；和/或，所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯的一种或几种；和/或，所述含配位原子的扩链剂优选为2,6
‑
二氨基吡啶。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，聚酯或聚醚多元醇或其混合物、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为1:（1.2~2.4）:...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔举庆，窦柳皓，许睿，王鼎，何磊，冯富奇，刘方方，王毓彤，马玉峰，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：