CN114262403A - 一种高透明自修复自粘导电弹性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高透明自修复自粘导电弹性材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明首先将氢键受体与氢键供体混合制得可聚合低共熔溶剂，随后加入光引发剂搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光辐照进行聚合，即可得到高透明自修复自粘导电弹性体；其中，所述氢键供体包括丙烯酸类单体和咪唑类单体。本发明无需另外添加其他组分的交联剂，只需加入光引发剂并在紫外光照射后即能够制备出透光率高达90％以上、且能够快速自修复以及轻易黏附在陶瓷、金属、皮肤上的导电弹性体。本发明所制备的高透明自修复自粘导电弹性体无毒、机械强度与黏附性能较高，可应用于柔性电子器件、黏合材料等领域。

Description

一种高透明自修复自粘导电弹性材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高透明自修复自粘导电弹性材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

柔性电子器件的需求日益增加，近年来关于柔性电子器件的研究也呈指数增长。中国科学院院士黄维曾提到柔性电子器件应朝着以人为本、工艺更绿色环保、应用更广泛、功能更丰富的方向发展。因此，导电弹性体也被期望能够集多种功能特性于一身：绿色、易制造、高导电性、自愈性能、高透明度等等。而目前研究对于离子导体的研究仍未能同时满足以上要求，原因在于：第一，基于水凝胶离子导体的研究常面临着长期稳定性低、耐低温性能差、力学性能不足等问题。第二，无液体离子导电弹性体因其抗冻和抗干燥特性将使其成为水凝胶离子导体良好的替代品，而大部分的无液体离子导电弹性体还会由于导电填料的加入而导致弹性体不透明，影响其应用。第三，大多数合成网络涉及长时间的反应步骤和有毒交联剂的添加，制造过程既复杂又耗时。第四，由于动态键难以在无液体聚合物网络中被定位，因此导电弹性体难以实现无刺激自主修复。综上，现有的高性能离子导电弹性体都很难兼顾自愈合性能和高透明性。因此，需要开发一种综合了高透明性、自愈能力和自粘的导电弹性体以迎合绿色柔性器件的发展需要。

低共熔溶剂属于离子液体的子类，继承了离子液体化学稳定、高导电率，同时还具有成本低、原子利用率100％、制备简单等离子液体所不具备的优点。目前研究对于可聚合低共熔溶剂方面报道较少，且由低共熔溶剂所制备的导电弹性体仍然难以同时满足上述多种功能特性。因此，需要开发一种弹性体，既能够具有高透明度、高导电性以及自愈性能，同时还能保证工艺绿色环保、易制造。

发明内容

[技术问题]

现有弹性体很难兼顾自愈合性能和高透明性，且有的制备过程需要添加交联剂等有毒试剂，制备方法复杂且耗时长。

[技术方案]

本发明为了克服现有技术缺陷，提供一种高透明度自修复弹性体的制备方法。本发明制备出的弹性体集合了高透光性、导电性、高拉伸性、自修复性能以及自粘性。

具体的，本发明第一个目的是提供一种高透明自修复自粘导电弹性材料的制备方法，首先将氢键受体与氢键供体混合制得可聚合低共熔溶剂，随后加入光引发剂搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光辐照进行聚合，即可得到高透明自修复自粘导电弹性体；其中，所述氢键供体包括丙烯酸类单体和咪唑类单体。

在本发明的一种实施方式中，所述氢键受体包括，氯化胆碱、甜菜碱、甜菜碱盐酸盐、六水三氯化铝、四甲基氯化铵、四丁基氯化铵、甲基三苯基溴化鏻等中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，所述丙烯酸类单体包括丙烯酸和/或甲基丙烯酸。

在本发明的一种实施方式中，所述咪唑类单体包括1-乙烯基咪唑、2-乙烯基咪唑、2-甲基-1-乙烯基咪唑中一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，氢键受体、丙烯酸类单体和咪唑类单体的摩尔比为1：(1～5)：(0.05-0.3)。

在本发明的一种实施方式中，所述混合优选60～100℃下混合0.5～2h。

在本发明的一种实施方式中，所述光引发剂包括光引发剂2959、光引发剂1173、光引发剂184等中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，所述光引发剂的用量与丙烯酸类单体摩尔比为0.1％～3％。

在本发明的一种实施方式中，紫外光光强为10-15mw/cm²，光照时间为2s-30s。

本发明的第二个目的是提供上述制备方法制备得到的高透明自修复自粘导电弹性体。

本发明的第三个目的是提供包含上述高透明自修复自粘导电弹性体的电子器件，尤其是柔性电子器件。

本发明的第四个目的是提供一种可聚合低共熔溶剂，所述可聚合低共熔溶剂包括氢键受体与氢键供体，其中，所述氢键受体包括，氯化胆碱、甜菜碱、甜菜碱盐酸盐、六水三氯化铝、四甲基氯化铵、四丁基氯化铵、甲基三苯基溴化鏻等中的一种或几种，所述氢键供体包括丙烯酸单体和咪唑单体。

在本发明的一种实施方式中，所述丙烯酸类单体包括丙烯酸和/或甲基丙烯酸。

在本发明的一种实施方式中，所述咪唑类单体包括1-乙烯基咪唑、2-乙烯基咪唑、2-甲基-1-乙烯基咪唑中一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述可聚合低共熔溶剂通过将氢键受体与氢键供体于60～100℃混合0.5～2h即可制得。

在本发明的一种实施方式中，所述氢键受体、丙烯酸类单体和咪唑类单体的摩尔比为1：(1～5)：(0.05-0.3)。

本发明第五个目的是提供上述可聚合低共熔溶剂在制备柔性电子器件领域的应用。

有益效果：

本发明通过对氢键供体的筛选，发现当选用咪唑单体和丙烯酸单体共同作为氢键供体，与氢键受体按一定比例混合后，即可制备得到可聚合低共熔溶剂，且无需添加有毒交联剂，只需加入光引发剂并在紫外光照射后即能够制备出透光率高达90％以上、且能够快速自修复以及轻易黏附在陶瓷、金属、皮肤上的导电弹性体。

附图说明

图1、高透明、自修复弹性体的紫外光谱。

图2、弹性体的自修复数码照片。

图3、弹性体的黏附性能测试照片。

图4、弹性体对不同物质黏附性能测试的数据。

图5、弹性体力学性能测试。

具体实施方式

通过紫外光谱仪可测得所制备弹性体的透光率，通过万用电表可测得所制备弹性体的电导率以及通过电化学工作站可检测弹性体在运动监测上的性能。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)将5.584g氯化胆碱、5.761g丙烯酸与0.400g 1-乙烯基咪唑于60℃混合1h制得可聚合低共熔溶剂；

(2)随后在可聚合低共熔溶剂中加入0.026g光引发剂1173在室温搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光(光强为13.3mw/cm²)辐照5s进行聚合，得到高透明自修复自粘导电弹性体。

经过检测，步骤(1)制备得到的可聚合低共熔溶剂的熔融温度为1℃，说明其为低共熔溶剂。

步骤(2)中制备得到的高透明自修复自粘导电弹性体的紫外光谱以及透光性能见图1，可见，本发明制备得到的弹性体的透明度高，经过测定可知其透光率高达91％。

弹性体的自修复性能见图2，可见，断裂的弹性能够在接触的瞬间，使得原本断开的电路接通，使得小灯泡点亮，同时经过仪器测得在断开前后其电阻值无明显变化。

弹性体的粘附性能测试见图3和图4，可见，弹性体对多种基材均具有较好的黏附性能，其中该弹性体对金属基材(铁皮)的粘合性能高达160KPa，对于玻璃基材的黏附性能也有120KPa。

弹性体的力学性能结果见图5，可知，弹性的断裂性能极佳，具有极高的韧性，能够被拉伸14倍。其中AA-IM-0.05表示氯化胆碱、丙烯酸单体和乙烯基咪唑单体的摩尔比1：2：0.05，AA-IM-0.10表示氯化胆碱、丙烯酸单体和乙烯基咪唑单体的摩尔比1：2：0.10，AA-IM-0.15表示氯化胆碱、丙烯酸单体和乙烯基咪唑单体的摩尔比1：2：0.15.

实施例2

(1)将6.144g甜菜碱盐酸盐、6.887g甲基丙烯酸与0.400g1-乙烯基咪唑于80℃混合0.5h制得可聚合低共熔溶剂；

(2)随后在可聚合低共熔溶剂中加入0.13g光引发剂2959在室温搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光(光强为13.3mw/cm²)辐照15s进行聚合，得到高透明自修复自粘导电弹性体。

按照实施例1的方式进行检测发现，本实施例制备得到的弹性体也具有良好的透光性、导电性、黏附性能、力学性能以及自修复和自粘性。

实施例3

(1)将5.584g氯化胆碱、5.761g丙烯酸与0.400g 2-乙烯基咪唑于60℃混合1h制得可聚合低共熔溶剂；

(2)随后在可聚合低共熔溶剂中加入0.026g光引发剂1173在室温搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光(光强为13.3mw/cm²)辐照10s进行聚合，得到高透明自修复自粘导电弹性体。

按照实施例1的方式进行检测发现，本实施例制备得到的弹性体也具有良好的透光性、导电性、黏附性能、力学性能以及自修复和自粘性。

实施例4

(1)将5.584g氯化胆碱、28.805g丙烯酸与1.200g 1-乙烯基咪唑于60℃混合1h制得可聚合低共熔溶剂；

(2)随后在可聚合低共熔溶剂中加入0.026g光引发剂1173在室温搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光(光强为13.3mw/cm²)辐照5s进行聚合，得到高透明自修复自粘导电弹性体。

按照实施例1的方式进行检测发现，本实施例制备得到的弹性体也具有良好的透光性、导电性、黏附性能、力学性能以及自修复和自粘性。

实施例5

(1)将5.584g四甲基氯化铵、5.761g丙烯酸与0.400g2-甲基-1-乙烯基咪唑于80℃混合0.5h制得可聚合低共熔溶剂；

(2)随后在可聚合低共熔溶剂中加入0.026g光引发剂2959在室温搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光(光强为15mw/cm²)辐照10s进行聚合，得到高透明自修复自粘导电弹性体。

按照实施例1的方式进行检测发现，本实施例制备得到的弹性体也具有类似的透光性、导电性、黏附性能、力学性能以及自修复和自粘性。

进一步的，当采用本发明限定的其他氢键受体与本发明的丙烯酸单体和咪唑单体按照上述实施例1～5的方法均能够制备得到透光率高、且能够快速自修复以及轻易黏附在陶瓷、金属、皮肤上的力学性能以及自修复和自粘性良好的导电弹性体。

对比例1

若将8.3778g氯化胆碱和5.647g 1-乙烯基咪唑于60℃下搅拌反应2h，得到非澄清的溶液，出现了固液分相的现象，无共晶现象。

性质：室温下浑浊分相液体，无法得到可聚合低共熔溶剂，也无法通过紫外光照射得到导电弹性体。

对比例2

若将8.3778g氯化胆碱和5.761g丙烯酸于60℃下搅拌混合1h制得可聚合低共熔溶剂，随后在可聚合低共熔溶剂中加入0.026g光引发剂1173在室温搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光(光强为13.3mw/cm2)辐照5s进行聚合，得到弹性体。

性质：所得到弹性体拉伸断裂伸长率仅600％，远不及本发明。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种高透明自修复自粘导电弹性材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：首先将氢键受体与氢键供体混合制得可聚合低共熔溶剂，随后加入光引发剂搅拌均匀后得到混合液体的预聚物溶液，最后将所制得的预聚物溶液经紫外光辐照进行聚合，即可得到高透明自修复自粘导电弹性体；其中，所述氢键供体包括丙烯酸类单体和咪唑类单体；所述氢键受体包括，氯化胆碱、甜菜碱、甜菜碱盐酸盐、六水三氯化铝、四甲基氯化铵、四丁基氯化铵、甲基三苯基溴化鏻中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸类单体包括丙烯酸和/或甲基丙烯酸；所述咪唑类单体包括1-乙烯基咪唑、2-乙烯基咪唑、2-甲基-1-乙烯基咪唑中一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，氢键受体、丙烯酸类单体和咪唑类单体的摩尔比为1：(1～3)：(0.05-0.3)。

4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂包括光引发剂2959、光引发剂1173、光引发剂184中的一种或几种。

5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合为60～100℃下混合0.5～2h。

6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的高透明自修复自粘导电弹性体。

7.包含权利要求6所述的高透明自修复自粘导电弹性体的电子器件。

8.一种可聚合低共熔溶剂，其特征在于，所述可聚合低共熔溶剂包括氢键受体与氢键供体，其中，所述氢键受体包括氯化胆碱、甜菜碱、甜菜碱盐酸盐、六水三氯化铝、四甲基氯化铵、四丁基氯化铵、甲基三苯基溴化鏻中的一种或几种，所述氢键供体包括丙烯酸类单体和咪唑类单体。

9.根据权利要求8所述的一种可聚合低共熔溶剂，其特征在于，所述可聚合低共熔溶剂通过将氢键受体与氢键供体于60～100℃混合0.5～2h即可制得。

10.权利要求6所述的高透明自修复自粘导电弹性体或权利要求8或9所述的可聚合低共熔溶剂在制备柔性电子器件领域的应用。

Images