一种基于动态肟氨酯键离子凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于动态肟氨酯键离子凝胶及其制备方法和应用，由丁二酮肟氨酯DOU键构建的动态共价交联网络与离子液体[EMI][TFSI]构成。本发明专利技术通过离子液体比如[EMI][TFSI]的引入有效地降低了动态共价网络解离重组的活化能，从而有利于交联网络的重排并实现离子凝胶的自愈合与重加工。同时，[EMI][TFSI]为离子凝胶提供了高导电性，并可用于应变、湿度和温度的多功能传感器。湿度和温度的多功能传感器。湿度和温度的多功能传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态肟氨酯键离子凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于可穿戴电子设备领域，特别涉及一种基于动态肟氨酯键离子凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]以可穿戴电子设备为代表的人体交互电子器件是正在磅礴发展的战略性新兴产业，越来越多的电子设备和功能化器件向可穿戴化发展。其中，可穿戴传感器将生理活动信号转换为可视的电信号，在移动医疗、电子皮肤、仿生假肢、智能机器人等领域具有巨大的应用潜力。离子凝胶具有柔软、高拉伸和高透明等性质，能够很好地匹配人体软组织，适应不同运动过程中的形变，从而达到准确的信息传递。
[0003]在实际使用时如何赋予可穿戴器件自愈合能力延长使用寿命以及赋予重复加工性提高利用率降低环境负荷，是目前亟待解决的重要问题。对于离子凝胶自愈合性的报道主要集中于非共价键等弱相互作用。由于弱相互作用交联的网络，这些凝胶力学性能不尽如人意，主要表现为拉伸后回弹的滞后严重，作为传感器将无法实现实时准确的反馈。此外，这些弱相互作用在较高温度下会出现不同程度的动态性增加，从而影响离子凝胶结构和性能的稳定性。
[0004]共价键交联的热固性材料在力学尤其是弹性和热稳定性明显优于热塑性材料。交联的分子结构是热固性材料优异性能的原因。但是，这些优势是以不熔、不溶并且难以进行后处理和回收利用的限制为代。使用不可回收材料必然会导致原材料耗竭并产生废物，从而对环境和经济产生负面影响。因此，提供热塑性可回收性而不降低热固性塑料结构稳定性的新型聚合物材料成为材料研究的热点。共价适应性网络(Covalent adaptable networks,CANs)结合了传统热固性塑料和热塑性塑料的优点，并在自愈合材料，可回收的高性能材料和可编程材料体系等各个领域显示出巨大的前景。尽管CANs取得了长足进步，但对功能(例如导电性能)的研究还不够深入。CANs的电学特性对于其在可穿戴电子设备，生物医学设备和能量存储系统等新兴领域的实际应用至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于动态肟氨酯键离子凝胶及其制备方法和应用，通过共价交联网络与离子液体[EMI][TFSI]的结合可以有效降低动态共价网络解离的活化能，从而有利于网络的重排和实现材料的自愈合与重加工。同时，[EMI][TFSI]为离子凝胶提供了高导电性，并可用于应变、湿度和温度的多功能传感器。
[0006]本专利技术提供了一种基于动态肟氨酯键离子凝胶，由丁二酮肟氨酯DOU键构建的动态共价交联网络与离子液体[EMI][TFSI]构成。
[0007]所述丁二酮肟氨酯DOU键构建的共价交联网络为动态肟氨酯基交联聚氨酯DOU
‑
CPU。
[0008]所述离子液体[EMI][TFSI]的用量为相对于DOU
‑
CPU重量的20
‑
60％。
[0009]本专利技术还提供了一种基于动态肟氨酯键离子凝胶的制备方法，包括：
[0010]将聚乙二醇已二酸酯二醇PEGAD进行除水处理，将除水后的PEGAD、丁二酮肟DMG、甘油以及离子液体[EMI][TFSI]溶解在有机溶剂中；30
‑
40℃磁力搅拌下，加入二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和二月桂酸二丁基锡DBTDL，反应30min
‑
40min；将反应混合物倒入聚四氟乙烯模具中，继续在30
‑
40℃下反应12
‑
14h，然后真空固化，得到基于动态肟氨酯键离子凝胶。
[0011]所述PEGAD、DMG、甘油和MDI的摩尔比为2:0.8
‑
1:0.8
‑
1:4
‑
5，DBTDL的加入量为反应物的0.1
‑
0.3wt％。
[0012]所述有机溶剂为丙酮。
[0013]所述真空固化温度为60℃，时间为24h。
[0014]本专利技术还提供了一种基于动态肟氨酯键离子凝胶在多功能传感器中的应用。
[0015]有益效果
[0016]本专利技术中的离子液体通过破坏聚合物链之间的弱相互作用来“润滑”聚合物链，使iCAN具有低玻璃化转变温度和出色的弹性，并而没有明显的滞后现象，从而实现了对应变高频和准确地传感。通过促进聚合物链段的运动性和DOU基团的动态性结合可以有效降低动态共价网络解离的活化能，从而有利于网络的重排和实现材料的自愈合与重加工。此外，[EMI][TFSI]为iCAN提供了高导电性，并可用于应变、湿度和温度的多功能传感器。
附图说明
[0017]图1为本专利技术基于动态肟氨酯键离子凝胶的示意图。
[0018]图2为线性DOU
‑
PU的反应方程式。
[0019]图3为[EMI][TFSI]，DOU
‑
PU和DOU
‑
PU@[EMI][TFSI]的(a)1H NMR谱和(b)
19
F NMR谱。
[0020]图4为[EMI][TFSI]，CAN，iCAN
‑
20、40和60的红外谱图：波数范围(a)1400～1000cm
‑1和(b)3500～1375cm
‑1。
[0021]图5为CAN和iCAN
‑
20,40,60的(a)DSC和(b)TGA曲线。
[0022]图6为iCAN
‑
40横截面的C、N、O、F和S的元素分布(比例尺为50μm)。
[0023]图7(a)为1mm厚iCAN
‑
40的透光性；(b)为iCAN
‑
40拉伸与回复照片(比例尺为2cm)。
[0024]图8(a)为CAN，iCAN
‑
20，40，60的单轴和(b)循环拉伸测试；(c)为在200％拉伸/释放循环拉伸试验后，CAN和iCAN的残余应变；(d)为iCAN
‑
40不同拉伸速率的拉伸测试。
[0025]图9为iCAN
‑
40在200％的应变下的200个循环回复试验。
[0026]图10为iCAN网络重排示意图。
[0027]图11为(a)CAN，(b)iCAN
‑
20，(c)iCAN
‑
40和(d)iCAN
‑
60的应力松弛曲线。
[0028]图12为Arrhenius方程拟合的CAN和iCANs的应力松弛
‑
时间曲线。
[0029]图13为iCAN
‑
40(a)和CAN(b)自愈合前后的应力
‑
应变曲线。
[0030]图14为iCAN
‑
40(a)和CAN(b)在室温和120℃下的红外谱图。
[0031]图15为iCANs在不同频率下的阻抗变化。
[0032]图16(a)温度对iCANs离子电导率的影响；(b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态肟氨酯键离子凝胶，其特征在于：由丁二酮肟氨酯DOU键构建的动态共价交联网络与离子液体[EMI][TFSI]构成。2.根据权利要求1所述的基于动态肟氨酯键离子凝胶，其特征在于：所述丁二酮肟氨酯DOU键构建的共价交联网络为动态肟氨酯基交联聚氨酯DOU
‑
CPU。3.根据权利要求2所述的基于动态肟氨酯键离子凝胶，其特征在于：所述离子液体[EMI][TFSI]的用量为相对于DOU
‑
CPU的20
‑
60wt％。4.一种基于动态肟氨酯键离子凝胶的制备方法，包括：将聚乙二醇已二酸酯二醇PEGAD进行除水处理，将除水后的PEGAD、丁二酮肟DMG、甘油以及离子液体[EMI][TFSI]溶解在有机溶剂中；30
‑
40℃磁力搅拌下，加入二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：游正伟，孙利杰，黄洪飞，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：