一种非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体及其制备方法技术

技术编号：44787144 阅读：3 留言：0更新日期：2025-03-28 19:42

本发明专利技术提供一种非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体及其制备方法，涉及离子导电柔性材料领域。该柔性离子导电弹性体的主要组份为非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯、活性稀释剂、光引发剂、锂盐和添加剂。采用本发明专利技术提供的方法成功制备出了具有宽温度使用范围、不含任何液体的非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体。该柔性离子导电弹性体制备过程无毒性单体，具有宽温度使用范围能够在0℃～80℃的温度下使用，并且固化之后不含任何液体不会因挤压导致液体泄漏。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离子导电柔性材料领域，具体涉及一种非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体及其制备方法。

技术介绍

1、导电柔性材料是柔性传感器的核心部件。早期多采用增加导电填料及导电粒子以获得电子导电柔性材料，然而这种材料存在填料分布不均匀，大应力下导体短路等问题，限制了其在柔性传感器领域的应用。而离子导电柔性材料则通过交联网络容纳自由移动的离子解决了这些问题，具有高透明性、高柔韧性的优点。离子导电柔性材料主要包括水凝胶、离子凝胶、柔性离子导电弹性体等。水凝胶在机械强度和柔韧性方面较差，并且容易在低温下结冰和高温下脱水，限制了其应用环境；离子凝胶则具有离子液体在挤压时容易泄露的问题。而柔性离子导电弹性体则因不含液体和高稳定性解决了上述材料的问题，具有较宽的工作温度窗口，良好的柔韧性，挤压时不会发生泄露。

2、聚氨酯丙烯酸酯是一种重要的光固化树脂，其分子中含有丙烯酸官能团和氨基甲酸酯键，使其在固化后具有优异柔韧性、耐磨性、附着力和耐低温的性能，从而可以用于制备柔性离子导电弹性体。通常制备聚氨酯丙烯酸酯需要使用含有异氰酸酯的单体，如二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯。但是异氰酸酯基团具有高毒性对环境和人体有害，因此本专利采用不含异氰酸酯的单体制备聚氨酯丙烯酸酯。以碳酸乙烯酯和二元胺反应生产氨酯二醇后与多元醇进行酯交换反应的合成方法制备一种非异氰酸酯聚氨酯，后与丙烯酸酐类化合物反应合成非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯。

3、根据上述，制备了一种非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体。

<p>技术实现思路

1、针对以上情况，本专利技术目的在于提出一种非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体及其制备方法，该柔性离子导电弹性体具有宽温度使用范围、不含任何液体并且制备过程中不使用毒性异氰酸酯。

2、一种非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体的制备方法，包括以下的制备步骤：

3、步骤1：将碳酸乙烯酯、脂肪族二元胺加入烧瓶中，在200r/min的转速下80℃～120℃反应4～6h，后经去离子水重结晶得到氨酯二醇。

4、步骤2：将氨酯二醇、分子量400～5000的聚碳酸酯二元醇或聚醚二元醇加入烧瓶中于100℃混合均匀后在200r/min的转速下180℃真空(压强小于500pa)反应1h，得到非异氰酸酯聚氨酯。

5、步骤3：将丙烯酸酐类化合物、三乙胺、阻聚剂、催化剂加入步骤2所得非异氰酸酯聚氨酯并在溶剂中混合均匀后在200r/min的转速下室温反应48h，后经提纯后在80℃真空烘箱烘24h除去溶剂，得到反应产物非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯。

6、步骤4：将活性稀释剂、光引发剂、锂盐、添加剂加入到步骤3所得反应产物非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯中，在转速200r/min下室温搅拌1h混合均匀，得到最终产物柔性离子导电弹性体前驱溶液，后经3w紫外灯光照进行光聚合反应得到柔性离子导电弹性体。

7、对以上步骤进行进一步的补充：

8、步骤1中碳酸乙烯酯和脂肪族二元胺的摩尔质量比为2～2.5:1。所述脂肪族二元胺包括1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺、异佛尔酮二胺、4,4-二氨基二环己基甲烷中的一种或几种。

9、步骤2中氨酯二醇和中分子量二元醇的摩尔质量比为2～7:1。所述聚碳酸酯二元醇和聚醚二元醇包括聚碳酸亚丙酯二元醇、聚碳酸亚乙酯二元醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇中的一种或几种。

10、步骤3中非异氰酸酯聚氨酯、溶剂、丙烯酸酐类化合物、三乙胺、阻聚剂、催化剂的质量比为50：40：(4～8)：(2～6)：0.1：0.1。所述丙烯酸酐类化合物包括丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐中的一种或几种：所述溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷中的一种或几种；所述阻聚剂为对苯二酚对羟基苯甲醚中的一种或几种；所述催化剂为4-二甲氨基吡啶。

11、步骤4中的非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯、活性稀释剂、光引发剂、锂盐、添加剂的质量比为(15～65)：(15～65)：(2～4)：(5～15)：(10～20)。所述活性稀释剂包括甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二乙二醇乙醚丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或几种。所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰-二苯基氧化膦、2-羟基甲基苯基丙烷-1-酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮、二苯酮、2-苯基-2，2-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮、1-羟基环己基苯丙酮中的一种或多种。所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或几种。所述添加剂为丁二腈、柠檬酸三丁酯、气相二氧化硅中的一种或几种。

12、有益效果：

13、本专利技术使用碳酸乙烯酯和脂肪族二元胺开环反应获得一种氨酯二醇并与二元醇进行酯交换反应得到非异氰酸酯聚氨酯，最终与丙烯酸酐类化合物进行酯化反应得到非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯。该非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯的合成过程不使用剧毒化学品和高成本材料，节能减排，绿色环保，可用于制备柔性离子导电弹性体。向该非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯中加入活性稀释剂、光引发剂、锂盐、添加剂后通过紫外光固化可制备成不含任何液体的具有良好离子电导率(2.7×10-3～4.1×10-3s/m)、较高柔韧性(拉伸强度<1.5mpa,断裂伸长率>200％)、较高透明性(可见光透过率>80％)、宽温度使用范围(0℃～80℃)、不含液体的的柔性离子导电弹性体，并可应用于柔性传感器和电解质领域。

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【技术保护点】

1.一种非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体，其特征在于，包括以下重量份数的原料组分：

2.根据权利要求1所述非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体，其特征在于，所述活性稀释剂为甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、二乙二醇乙醚丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或几种；所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰-二苯基氧化膦、2-羟基甲基苯基丙烷-1-酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮、二苯酮、2-苯基-2,2-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮、1-羟基环己基苯丙酮中的一种或多种；所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或几种；所述添加剂为丁二腈、柠檬酸三丁酯、气相二氧化硅中的一种或几种。

3.一种权利要求1或2所述的非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

4.根据权利要求1或2所述非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体的制备方法，其特征在于:

5.根据权

6.根据权利要求1或2所述非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体的制备方法，其特征在于:

7.根据权利要求1或2所述非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体制备方法，其特征在于:

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【技术特征摘要】

1.一种非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯基柔性离子导电弹性体，其特征在于，包括以下重量份数的原料组分：

【专利技术属性】
技术研发人员：万同，刘振磊，刘新懿，程博闻，王劭妤，王彪，许博文，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：

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