一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的制备方法，包括以下步骤，首先将可生物降解的物质

【技术实现步骤摘要】
一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及柔性电子材料领域，具体涉及一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着智能终端的普及，大众对电子或离子皮肤的功能要求越来越高。为了更好的满足电子或离子皮肤的使用要求，制备电子或离子皮肤的复合材料应具有良好的力学、自修复、高透光率等性能。
[0003]现有制备电子或离子皮肤的复合材料主要是通过将刚性导电纳米材料或液态金属结合到可拉伸聚合物网络中来实现的以上性能要求，但通常会存在拉伸性有限、无法形成透明弹性体导电材料、生物相容性不佳、制备成本高等缺陷。许多研究者为实现透明弹性体导电材料的力学可控性和自修复性能，通过在材料制备过程中引入动态共价键或可逆的非共价键，包括亚胺键、二硫键、腙键、硼酸酯键、氢键、配位键等，以此来实现力学和自修复性能的调控。然而，大多数导电材料在制备过程中，难免在合成途中或者原料在使用过程中易释放有毒物质，危害人体健康，并且很多原料都是不可再生或者难降解的资源，极大的限制了柔性导电材料的实际应用。为了摆脱使用有毒物质的自由基聚合，利用更加复合绿色安全的材料来制备离子或电子皮肤变得十分重要。α
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硫辛酸(TA)是一种由植物、动物和人类产生的含有羧基和二硫键的天然短链脂肪酸，且硫辛酸结构中含有动态共价二硫键和羧基的非共价氢键，可以利用硫辛酸(TA)的开环聚合(ROP)反应来制备离子或电子皮肤，为解决上述问题通过了新的解决措施。
[0004]现有技术将硫辛酸、导电填料、铁盐和交联剂四种固体原料混合均匀，在80～120℃下反应2～6h后倒入模具固化后即得到具有自修复性能的复合弹性导电材料。但由于上述硫辛酸开环聚合反应发生温度较高，制备得到的单层聚硫辛酸网络结构稳定性较差，并且使得制备得到的复合弹性导电的拉伸强度、透光率等性能均有所下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述现有技术制备得到的复合弹性导电材料的力学性能差、可见光范围的透光率低并且难以有效阻挡紫外线辐射的问题，提供一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供所述聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料在电子或离子皮肤中的应用。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]首先，将硫辛酸和聚乙烯吡咯烷酮溶解在极性溶剂中，在40～70℃下反应10～
30min，形成混合液；其次，在40～70℃下的混合液中加入有机交联剂反应20～60min；最后保持混合液温度40～70℃，添加锂盐混合均匀后加入无机交联剂反应5～30min、烘干，即得到所述聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料；所述复合电子材料中硫辛酸、聚乙烯吡咯烷酮、有机交联剂、锂盐和无机交联剂的质量比为：(7～16):(4～14):(1.8～6):(1～6):(0.035～0.70)。
[0011]本专利技术在40～70℃将聚乙烯吡咯烷酮和硫辛酸单体充分溶解在极性溶剂中，硫辛酸中的二硫键在加热的情况下发生开环聚合，形成聚硫辛酸；其次在有机交联剂的加入过程中，既稳定了二硫键，也将聚硫辛酸分子交联同时与聚乙烯吡咯烷酮形成稳定的双网络体系；锂盐的加入更是提升材料的材料导电能力；最后添加具有配位能力的无机交联剂(金属离子)，使聚硫辛酸侧链结构中的羧基与金属离子形成配位键，得到稳定的复合材料。通过调整硫辛酸和聚乙烯吡咯烷酮的比例、聚乙烯吡咯烷酮的分子量以及添加不同离子的含量来调整所制备复合材料的力学强度。
[0012]由于聚乙烯吡咯烷酮中只有酰胺键参与离子配位，酰胺键配位能力较差，所以离子配位主要集中在聚硫辛酸中羧基与金属离子。因此，形成的聚合物网络交联结构较为松散，所以本专利技术提供所述的聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料具有高的透明度，在可见光区域的透光率可以达到88.9％以上。由于聚硫辛酸网络中动态二硫键可以对紫外线的能量进行吸收，在紫外光的透光率接近于0，所以本专利技术提供所述的聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料在紫外区可以屏蔽紫外线的通过，可以起到有效阻挡紫外线辐射的作用。
[0013]本专利技术所述硫辛酸、聚硫辛酸和聚乙烯吡咯烷酮是可生物降解的原料，其中聚乙烯吡咯烷酮数均分子量为58000～1300000。
[0014]优选的，本专利技术所述硫辛酸和聚乙烯吡咯烷酮质量比为(10～12):(8～10)。
[0015]优选的，本专利技术所述有机交联剂、锂盐和无机交联剂的质量比为(2.0～2.4):4:(0.35～0.37)。
[0016]优选的，本专利技术所述硫辛酸和聚乙烯吡咯烷酮在极性溶剂中反应温度为60℃。
[0017]本专利技术所述极性溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、甘油、N,N
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二甲基甲酰胺，二甲基亚砜中的一种及以上。
[0018]本专利技术所述锂盐为氯化锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双二氟磺酰亚胺锂及双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种及以上。
[0019]本专利技术所述有机交联剂为1,4
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二丙烯酸丁二醇酯、1,3
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二异丙烯基苯、二乙烯基苯、苯乙烯、衣康酸、二丙烯酸聚乙二醇(600)酯、甲基丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸中的一种及以上。
[0020]本专利技术所述无机交联剂为铁盐、铜盐、铝盐、钒盐、钴盐、镍盐、铬盐、锰盐、锌盐、锆盐中的一种及以上。
[0021]优选的，本专利技术所述的无机交联剂为氯化锌、氯化铁、氯化铝、二氯氧化锆中的一种及以上。
[0022]本专利技术还保护一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料，所述聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料是由上述制备方法制备得到的。
[0023]本专利技术所述聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料，可见光的透光率在88.9％以上，在紫外光的透光率接近于0，可以实现对可见光可见、对紫外光进行有效阻挡。
[0024]本专利技术还保护所述聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料在制备电子或离子皮肤中的应用。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术所提供的聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的制备方法简单、聚合条件温和、可生物降解。本专利技术所述硫辛酸开环聚合反应温度在40～70℃，得到稳定的柔性聚硫辛酸网络，聚乙烯吡咯烷酮作为刚性网络框架，二者相互穿插形成力学性能优异、自修复能力强、在可见光区具有高透光率以及在紫外区拥有阻挡紫外线等优势的聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料。
附图说明
[0027]图1为实施例所制备的聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的XRD谱图，其中TA代表硫辛酸，PVP表示聚乙烯吡咯烷酮，PTA代表聚硫辛酸，PTA@PVP3，PTA@PAA
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，PTA@PAA
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分别代表实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将硫辛酸和聚乙烯吡咯烷酮溶解在极性溶剂中，在40～70℃下反应10～30min，形成混合液；其次，在40～70℃下的混合液中加入有机交联剂反应20～60min；最后保持混合液温度40～70℃，添加锂盐混合均匀后加入无机交联剂反应5～30min、烘干，即得到所述聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料；所述复合电子材料中硫辛酸、聚乙烯吡咯烷酮、有机交联剂、锂盐和无机交联剂的质量比为：(7～16):(4～14):(1.8～6):(1～6):(0.035～0.70)。2.根据权利要求1所述一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的数均分子量为58000～1300000。3.根据权利要求1所述一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的制备方法，其特征在于，所述硫辛酸和聚乙烯吡咯烷酮质量比为(10～12):(8～10)。4.根据权利要求1或3所述一种聚硫辛酸/聚乙烯吡咯烷酮复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机交联剂、锂盐和无机交联剂的质量比为(2.0～2.4):4:(0.35～0.37)。5.根据权利要求1所述一种聚硫辛酸/聚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱东雨，蓝明辉，何梓锋，陈至鹏，高金华，黎晓琳，翁德河，林凯妍，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：