一种用于柔性电子复合结构的粘合剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于柔性电子复合结构的粘合剂及其制备方法，解决目前弹性体和水凝胶粘合使用的粘合剂制备流程较为复杂，粘附力有限的技术问题

【技术实现步骤摘要】
一种用于柔性电子复合结构的粘合剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种用于柔性电子复合结构的粘合剂及其制备方法
。

技术介绍

[0002]因水凝胶良好的生物相容性以及柔性特质，研究者们致力于实现水凝胶与各种软硬材料的粘合
。
其中，水是水凝胶粘合的主要障碍；水凝胶中的水分子会阻碍聚合物网络与附着表面的紧密接触
。
即使有一层水分子与贴壁强力粘合，其粘合力也不能传递到相邻的水分子和聚合物网
。
[0003]弹性体
—
水凝胶复合结构被广泛应用于离子导电体
、
柔性电子和软体机器人等领域
。
其中，弹性体通常由疏水的高分子组成，水凝胶由亲水的高分子以及大量的水组成；两种材料之间迥异的化学性质导致界面粘合强度很低，易发生脱落的情况，使得弹性体
—
水凝胶这种柔性电子复合结构的制备成为一个挑战
。
[0004]目前，解决弹性体与水凝胶的粘合问题已存在诸多从不同角度切入的设计
。
南方科技大学软体力学实验室提出的弹性体
—
水凝胶复合结构的仿生设计策略，从物理角度进行设计：研究人员受到甲壳虫背部亲水岛的启发，提出了一种制备具有可调控曲面轮廓的弹性体
‑
水凝胶复合结构的设计策略，通过在一个疏水的弹性体表面上制备出亲水岛，并在亲水岛上滴加液滴，调控亲水岛直径大小和液体体积实现粘附性增强
。
西安交通大学在软湿材料可拆卸粘接方面取得新进展，其使用二苯甲酮在弹性体表面涂覆了一层薄薄的水凝胶，然后通过
Fe
3+
交联的聚合物将水凝胶涂覆的弹性体和一块水凝胶缝合在一起；它们类似地实现了两种弹性体之间
、
无机固体和水凝胶之间以及弹性体和无机固体之间的光可剥离粘合
。
可以看出现在针对水凝胶与弹性体的粘合剂的设计或从物理角度提出，或从化学角度提出，然而无论哪种，制备流程均较为复杂，且粘附力并未能稳定达到目前复合结构粘附力的要求
。
[0005]因此，针对现有粘合剂存在的问题，本专利技术研究团队提出了一种新的用于柔性电子复合结构的粘合剂及其制备方法
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决目前弹性体和水凝胶粘合使用的粘合剂制备流程较为复杂，粘附力有限的技术问题，而提供一种用于柔性电子复合结构的粘合剂及其制备方法
。
[0007]本专利技术的构思：
[0008]面对目前弹性体与水凝胶粘附方式存在的问题，本专利技术研究团队首先对水凝胶进行了详尽的研究，水凝胶由大量的水分子和稀疏的高分子网络组成；高分子网络可以看成熵弹簧，传递力
、
提供水凝胶的弹性；水分子能够自由移动，几乎不传递力
。
大量的水分子确实对水凝胶的粘接提出了前所未有的挑战
。
若未经特殊处理，不管是对自身还是其他材料，大多数水凝胶都很难实现强力粘接
。
水凝胶可以通过共价键
、
非共价复合体
、
高分子链
、
高
分子网络
、
纳米颗粒等与另一材料连接
。
研究团队发现水凝胶在与另一材料界面分离时，裂纹不仅仅了破坏前述的化学作用，还引发粘接材料本身的非弹性形变，造成了物理破坏，从而耗散额外的能量，即从物理和化学两个方面进行破坏
。
加之，考虑到弹性体与水凝胶之间迥异的化学性质，本专利技术研究团队为实现“亲水材料”水凝胶和“疏水材料”弹性体的强界面结合，拟利用氢键
、
静电作用以及物理拓扑结构实现水凝胶与弹性体之间的粘合，即从化学和物理两方面共同着手，以此为设计核心，研发一种能够与两种材料均能实现强界面结合的粘合剂，实现亲水材料与疏水材料的粘合贴合
。
[0009]基于上述专利技术构思，为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：
[0010]一种凝胶粘合剂的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0011]1)
制备聚
(
丙烯酸
‑
co
‑
丙烯酸二甲氨基乙酯
)(p(AA
‑
co
‑
DMAEA))
凝胶
[0012]1.1)
将丙烯酸二甲氨基乙酯
(DMAEA)、
丙烯酸
(AA)
以及纯水
(Milli
‑
Qwater)
混合，冷却至0‑
10℃
后，得到混合液；由于丙烯酸二甲氨基乙酯
、
丙烯酸以及纯水混合后会剧烈放热，此时若直接继续步骤
1.2)
中的反应，则反应溶液温度
、
有效反应时间将难以调控，无法精确合成制备，因此，在此需要进行冷却；
[0013]1.2)
将步骤
1.1)
得到的混合液转移至在模具中，于
55
‑
65℃
下加热聚合
1.5
‑
2.5h
，在模具中得到聚
(
丙烯酸
‑
co
‑
丙烯酸二甲氨基乙酯
)(p(AA
‑
co
‑
DMAEA))
凝胶；
[0014]2)
制备凝胶粘合剂
[0015]先将步骤
1.2)
得到聚
(
丙烯酸
‑
co
‑
丙烯酸二甲氨基乙酯
)(p(AA
‑
co
‑
DMAEA))
凝胶以及模具降温至0‑
10℃(
此处冷却，主要是为了避免在较高温度下直接加入引发剂过硫酸钾溶液而造成凝胶的爆聚问题，模具可以采用聚丙烯模具
)
，再将过硫酸钾溶液均匀混合到其中
(
即滴加后搅拌均匀
)
，缓慢加热至
60
‑
65℃
聚合
0.5
‑
1h
，在模具中得到
EH/p(AA
‑
co
‑
DMAEA)
凝胶粘合剂
。
模具在此充当反应容器，旨在最终获得具有一定形状的凝胶粘合剂，后期将凝胶粘合剂单独剥离，用于两种基材间的粘合，比如：对于水凝胶与水凝胶之间的粘合，可使用单独剥离出的凝胶粘合剂，但涉及到弹性体的粘合时，可在弹性体的表面直接原位聚合该凝胶粘合剂，即将弹性体置于模具底部
。
[0016]进一步地，步骤
1.1)
中，丙烯酸二甲氨基乙酯
(DMAEA)、
丙烯酸
(AA)
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
制备聚
(
丙烯酸
‑
co
‑
丙烯酸二甲氨基乙酯
)
凝胶
1.1)
将丙烯酸二甲氨基乙酯
、
丙烯酸以及纯水混合，冷却至0‑
10℃
后，得到混合液；
1.2)
将步骤
1.1)
得到的混合液转移至模具中，于
55
‑
65℃
下加热聚合
1.5
‑
2.5h
，在模具中得到聚
(
丙烯酸
‑
co
‑
丙烯酸二甲氨基乙酯
)(p(AA
‑
co
‑
DMAEA))
凝胶；
2)
制备凝胶粘合剂先将步骤
1.2)
得到聚
(
丙烯酸
‑
co
‑
丙烯酸二甲氨基乙酯
)(p(AA
‑
co
‑
DMAEA))
凝胶以及模具降温至0‑
10℃
，再将过硫酸钾溶液均匀混合到其中，于
60
‑
65℃
下加热聚合
0.5
‑
1h
，在模具中得到凝胶粘合剂
。2.
根据权利要求1所述凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤
1.1)
中，丙烯酸二甲氨基乙酯
、
丙烯酸和纯水的体积比为
180
‑
183:80
‑
83:80
‑
87。3.
根据权利要求1或2所述凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤
2)
中，过硫酸钾溶液由过硫酸钾和纯水配制，其质量浓度为
45
‑
60mg/mL
；过硫酸钾溶液与聚
(
丙烯酸
‑
co
‑
丙烯酸二甲氨基乙酯
)
凝胶的体积比为1‑
3:30
‑
60。4.
根据权利要求3所述凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤
1.1)
中，采用冰水浴的方式进行冷却
。5.
一种凝胶粘合剂，其特征在于：采用权利要求1‑4任一所述方法制备得到
。6.
权利要求1‑4任一所述方法制备的凝胶粘合剂在对弹性体表面进行亲水改性方面的应用
。7.
一种弹性体表面改性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
制备聚
(
丙烯酸
‑
co
‑
丙烯酸二甲氨基乙酯
)
凝胶
S1.1
将丙烯酸二甲氨基乙酯

【专利技术属性】
技术研发人员：王腾蛟，刘荣珺，樊睿枭，王泽一，李鹏，黄维，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：