[发明专利]兼具高机械性能和自修复功能的聚硅氧烷超分子弹性体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了兼具高机械性能和自修复功能的聚硅氧烷超分子弹性体及其制备方法与应用。该制备方法先以双(3‑氨基丙基)封端的聚二甲基硅氧烷、1,6‑己二异氰酸酯和2,6‑二氨基吡啶为原料进行反应，得到含有配体的聚硅氧烷嵌段共聚物；然后将含有配体的聚硅氧烷嵌段共聚物溶解，滴加金属盐溶液，得到聚硅氧烷超分子弹性体，热压成型后冷压定型得目标产物；本发明的方法简单、条件温和；本发明所形成的可逆的金属配位键/离子簇在增强、增韧聚硅氧烷超分子网络的同时，赋予其在适宜温度下的自修复功能。所制备的聚硅氧烷超分子弹性体在可穿戴设备的柔性基底材料有巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于超分子弹性体及导电弹性体技术领域，特别涉及一种兼具高机械性能(强而韧)和自修复功能的聚硅氧烷超分子弹性体及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着电子智能设备的普及，市场上出现以智能手表、智能手环和耳机为代表的可穿戴设备。可穿戴设备对基底材料的要求日益提高，兼具优异机械性能(强而韧)和自修复功能的柔性基底材料的研究也将更具有现实意义。聚硅氧烷以其优异的生物相容性而非常适合作为可穿戴设备的基底材料，但目前普遍面临以下两个难题：1)实现聚硅氧烷弹性体的高拉伸强度和高拉伸韧性；2)同时实现优异的机械性能和自修复功能。

中国发明专利CN 110054788 A利用铝离子和氨基之间形成弱的金属配位作用，公开了一种低温快速自愈合的聚硅氧弹性体的制备方法。所制备的聚硅氧烷弹性体在-20℃温度下愈合60min即可达到94％以上的愈合效率。中国发明专利申请CN 111285988 A也公开了具有低温自修复功能的聚硅氧烷弹性体，其利用强氢键和弱氢键的协同作用实现高强度和高断裂伸长率，而利用二硫键提高弹性体的自修复性能。但是，二者所制备的弹性的拉伸强度均＜1MPa，拉伸韧性均＜2MJ/m³(拉伸韧性数值是根据专利中所报道的应力-应变曲线估算得到)，这将限制聚硅氧烷弹性体在实际环境中的应用。

中国发明专利CN 102604298A公开了一种具有超高室温自修复效率的聚硅氧烷弹性材料的制备方法；该技术以超分子弹性体在氢键作用下形成分相结构，有助于实现优异的力学性能，而以多种不同强度的氢键作用实现自修复功能，所得弹性体在室温下修复4h后能够完全恢复原有的机械性能，并且具有比较高的拉伸韧性(11.3MJ/m³，根据专利中所报道的应力-应变曲线估算得到)，但其拉伸强度仍然处于比较低的水平，小于1MPa。但可穿戴设备在实际使用过程中将会遭到碰撞、摩擦、拉伸等多种外力的影响，所以柔性基底材料需要具备优异的拉伸强度、拉伸韧性和断裂伸长率等机械性能才能更好地满足柔性电子器件的使用要求。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种兼具高拉伸强度(2～5MPa)、高拉伸韧性(15～40MJ/m³)和自修复功能(在70℃下放置48h后，拉伸韧性自修复效率达到80％～100％)的聚硅氧烷超分子弹性体及其制备方法。

本发明另一目的在于提供所述的聚硅氧烷超分子弹性体在电子设备的柔性基底材料中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

兼具高机械性能和自修复功能的聚硅氧烷超分子弹性体的制备方法，由以下步骤组成：

(1)含有配体的聚硅氧烷嵌段共聚物合成：将双(3-氨基丙基)封端的聚二甲基硅氧烷、二异氰酸酯和含配体基团的二氨基单体衍生物分别溶解在溶剂中，然后在保护气氛下，将三种溶液混合，在30～90℃下反应6～24h，得到含有配体的聚硅氧烷嵌段共聚物；所述的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、二甲亚砜等的一种或多种溶剂的混合溶剂；所述的含配体基团的二氨基单体衍生物为2,6-二氨基吡啶、4,4’-二氨基-2,2’-联吡啶和1,2-二氨基咪唑中的一种或多种；所述的双(3-氨基丙基)封端的聚二甲基硅氧烷的结构式为：

n为3～100的整数；