聚硫醚弹性体及其制备方法技术

本申请属于材料技术领域，尤其涉及一种聚硫醚弹性体及其制备方法。聚硫醚弹性体的制备方法包括步骤：将5摩尔份数的二乙烯基醚、3.5～4.8摩尔份数的二元硫醇、0.13～1.0摩尔份数的多元硫醇与增强增韧剂、助剂与光引发剂混合后进行聚合反应，得到聚硫醚弹性体；增强增韧剂为单体总量的0～10wt％；助剂为单体总量的0～0.1wt％；光引发剂为单体总量的0.01～0.6wt％。原料来源广泛，不需金属催化剂，成本低。制备的聚硫醚弹性体在室温下具有非常好柔顺性，优异力学回弹性、稳定的循环拉伸迟滞性和循环压缩迟滞性，同时透明度灵活可调，与大多数极性的基底粘附性好，可应用于柔性电子皮肤、微流控、医疗器械等领域。医疗器械等领域。医疗器械等领域。

【技术实现步骤摘要】
聚硫醚弹性体及其制备方法


[0001]本申请属于材料
，尤其涉及一种聚硫醚弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]交联的聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于其具备非常优越的弹性、高透明性、低模量、可拉伸、优良的生物相容性等，在医疗器械、微流控、人造肌肉、电子皮肤、智能传感等领域具有重要的应用。因集多重优异特性为一体，PDMS弹性体在高弹性、高透明的高分子应用领域中一直处于被首选和垄断地位，如道康宁公司的Sylgard 184或者迈图高新材料公司的RTV
‑
615。
[0003]硫化天然橡胶、热塑性弹性体等是常见的弹性体，但是这些材料的回弹性与PDMS的弹性相比仍有较大差距。PDMS的高弹性来源于其独特的分子结构。PDMS主要重复结构单元为－Si(CH3)2－O－Si(CH3)2－，硅醚键由于内旋转位垒极低，因此PDMS玻璃化转变温度为
‑
125℃，分子链在室温下处于高弹态，表现为极其柔顺。同时由于硅原子上甲基的存在，导致PDMS分子链极性低，分子链间相互作用力非常弱。因此，PDMS在变形(拉伸、压缩、扭曲等)过程中，大部分的机械能被转化为弹性势能，而通过化学键旋转、分子链摩擦产生的内能非常低(内耗低，迟滞低)，因此交联的PDMS表现出非常好的弹性。同时PDMS的非结晶性赋予了其优异的透明性，尤其在透明的电子皮肤或微流控领域具有重要的需求。但是，该PDMS一般需室温固化48h或者在高温100℃，固化35min，且PDMS常用的催化剂属于铂金属催化剂，该催化剂存在容易中毒等问题，也影响PDMS的聚合效果。
[0004]因此，如何通过合理的分子结构设计，降低材料在变形过程中的内耗行为，发展新型的可替代PDMS的、兼具高弹性和透明度可调的弹性体，为上述领域提供更多新的材料选择具有重要的科学意义和产业价值。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种聚硫醚弹性体及其制备方法，旨在一定程度上解决现有弹性体材料在形变过程中因粘滞性内耗高，回弹性能不足等问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种聚硫醚弹性体的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将5摩尔份数的二乙烯基醚、3.5～4.8摩尔份数的二元硫醇、0.13～1.0摩尔份数的多元硫醇与增强增韧剂、助剂与光引发剂混合后，进行聚合反应，得到聚硫醚弹性体；将所述二乙烯基醚、所述二元硫醇和所述多元硫醇的总用量计为单体总量；其中，所述增强增韧剂的用量为所述单体总量的0～10wt％；所述助剂的用量为所述单体总量的0～0.1wt％；所述光引发剂的用量为所述单体总量的0.01～0.6wt％。
[0009]第二方面，本申请提供一种聚硫醚弹性体，所述聚硫醚弹性体包括以碳醚键与硫醚键为主要化学键的聚硫醚交联网络结构，所述碳醚键和所述硫醚键的交联点间聚硫醚分
子链的化学结构式为其中，a为1或2的正整数。
[0010]本申请第一方面提供的聚硫醚弹性体的制备方法，所采用的化学原料均商业可购，成本低廉，原料来源广泛，且不需金属催化剂。其中，二乙烯基醚中含有大量的碳醚键，赋予聚硫醚弹性体链段优异的柔顺性。二元硫醇中含有碳醚键和巯基，碳醚键可赋予聚硫醚弹性体优异的柔顺性，巯基与乙烯基反应后形成新的硫醚键，硫醚键同样具有低的旋转位垒，且硫原子的存在可以抑制乙氧基的结晶性，最终赋予交联的聚硫醚弹性体低的迟滞性和优异的回弹性。多元硫醇充当交联剂，有助于形成聚硫醚三维交联网络结构。增强增韧剂和助剂有利于提高和进一步改善聚硫醚弹性体的力学性能、稳定性等特性。光引发剂能够高效引发单体聚合，形成具有高回弹性的聚硫醚弹性体。所制得的该聚硫醚弹性体是以碳醚键与硫醚键为主要的交联网络结构，其主链具有非结晶性，且无极性侧链，因此聚硫醚弹性体分子链在室温下同样具有非常好的柔顺性。另外，低的旋转位垒、醚链间低的极性作用、主链非结晶性、无极性侧链等特点，使得交联的聚硫醚弹性体在外力变形过程中会表现出极低的粘滞性，同时聚醚弹性体在变形过程中由于主链化学键或者分子链段的旋转、缠结、摩擦等带来的分子内耗程度非常低，因而外力对聚硫醚弹性体所做的功将更多转化为弹性势能，使得聚硫醚弹性体材料表现出优异的回弹性，受力后形变可实现快速恢复。
[0011]本申请第二方面提供的聚硫醚弹性体，其主链具有非结晶性，聚硫醚弹性体主链为醚键，其中，醚键具有低的旋转位垒，由于碳原子和氧原子电负性差异导致聚醚分子链的极性较聚二甲基硅氧烷链段极性高，使得该弹性体表面极性高，与大多数极性的基底粘附性好，易于实现材料的粘接或者器件封装。并且，低的旋转位垒、醚链间低的极性作用、主链非结晶性等特点，使得交联的聚硫醚弹性体在外力变形过程中会表现出极低的粘滞性。同时聚醚弹性体在变形过程中由于主链化学键或者分子链段的旋转、缠结、摩擦等带来的分子内耗程度非常低，因而外力对聚硫醚弹性体所做的功将更多转化为弹性势能，使得聚硫醚弹性体材料表现出优异的回弹性，在交变应力下其迟滞低且稳定，在柔性电子皮肤、微流控、医疗器械等领域有潜在应用价值。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1是本申请实施例提供的聚硫醚弹性体的制备方法的流程示意图；
[0014]图2是本申请实施例1～4提供的聚硫醚弹性体和对比例1商业化PDMS184弹性体的轴拉伸曲线图；
[0015]图3是本申请实施例1提供的聚硫醚弹性体经拉伸10次后的循环实验曲线图(a)，对比例1商业化PDMS184弹性体经拉伸10次后的循环实验曲线图(b)；
[0016]图4是本申请实施例1提供的聚硫醚弹性体经压缩100次后的循环实验曲线(a)，对比例1商业化PDMS184弹性体经压缩100次后的循环实验曲线图(b)；
[0017]图5是本申请实施例1～4提供的聚硫醚弹性体和对比例1商业化PDMS184弹性体在可见光范围内的透过率测试图。
具体实施方式
[0018]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0019]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0020]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚硫醚弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将5摩尔份数的二乙烯基醚、3.5～4.8摩尔份数的二元硫醇、0.13～1.0摩尔份数的多元硫醇与增强增韧剂、助剂与光引发剂混合后，进行聚合反应，得到聚硫醚弹性体；将所述二乙烯基醚、所述二元硫醇和所述多元硫醇的总用量计为单体总量；其中，所述增强增韧剂的用量为所述单体总量的0～10wt％；所述助剂的用量为所述单体总量的0～0.1wt％；所述光引发剂的用量为所述单体总量的0.01～0.6wt％。2.如权利要求1所述的聚硫醚弹性体的制备方法，其特征在于，所述二乙烯基醚选自三(乙二醇)二乙烯基醚、二乙二醇二乙烯基醚中的一种或两种的组合；和/或，所述二乙烯基醚、所述二元硫醇和所述多元硫醇的摩尔比为5：(4～4.5)：(0.33～0.66)；和/或，所述增强增韧剂的用量为所述单体总量的0～3wt％；和/或，所述助剂的用量为所述单体总量的0～0.05wt％；和/或，所述光引发剂的用量为所述单体总量的0.2～0.6wt％。3.如权利要求2所述的聚硫醚弹性体的制备方法，其特征在于，所述二元硫醇选自3,6
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二氧杂
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1,8
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辛烷二硫醇；和/或，所述多元硫醇选自三羟甲基丙烷三(3
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巯基丙酸酯)、四(3
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巯基丙酸)季戊四醇酯、季戊四醇四(巯基乙酸)酯中的一种或多种的组合。4.如权利要求3所述的聚硫醚弹性体的制备方法，其特征在于，所述增强增韧剂选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米二氧化锆、纳米三氧化二铝、表面改性纳米二氧化硅、表面改性纳米二氧化钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭传飞，陈兴幸，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：