[发明专利]一种离子型聚氨酯基金属复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备领域，特别是涉及一种聚氨酯基离子聚合物-金属复合材料(IPMC)的制备方法。

背景技术

离子聚合物—金属复合材料(IPMC)是一类电活性材料，具有驱动电压低和变形大点的特点，可用于仿生及航空航天领域。IPMC的制动机理为在电场的作用下体系内离子定向迁移引起材料形变而致动。

用IPMC作为机器人的关节传动装置有其独特的优异性：结构简单、驱动位移不受轴承限制，质量轻、具有柔性、材料柔软容易切割成所需要的形状、无噪音等。而聚氨酯具有优良的耐磨性、弹性、耐候性、无毒是制备IPMC类人工肌肉的理想材料。因此如何提供一种致动性能优良的IPMC材料是需要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种离子型聚氨酯基金属复合材料的制备方法，其方法简便，而且制备出的IPMC材料制动性好，抗疲劳性好。

为解决上述技术问题，本发明提供一种离子型聚氨酯基金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备聚氨酯预聚体：将多元醇在真空条件下加热进行真空干燥，向真空干燥后得到的多元醇中加入二异氰酸酯，惰性气体保护，搅拌加热反应制成聚氨酯预聚体；

(2)制备聚氨酯：向所述步骤(1)得到的聚氨酯预聚体中加入扩链剂，搅拌加热反应制得离子型聚氨酯；

(3)制备聚氨酯膜：将所述步骤(2)反应得到的离子型聚氨酯中加入溶剂溶解后，加入到模具中干燥，制成聚氨酯薄膜；

(4)聚氨酯膜镀电极：对所述步骤(3)得到的聚氨酯薄膜镀电极，即制得离子型聚氨酯基金属复合材料。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法工艺简单，所制备出的IPMC材料有很好的致动性能，而且具有持久的抗疲劳性。

附图说明

图1为本发明实施例制备的聚氨酯基IPMC材料的致动性能图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种离子型聚氨酯基金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备聚氨酯预聚体：

将多元醇在真空条件下加热进行真空干燥，将二异氰酸酯加入到真空干燥后的多元醇中，惰性气体保护，充分搅拌，加热反应，制成聚氨酯预聚体；

该步骤中，所用的多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或几种；加入的二异氰酸酯为：甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中一种或几种。

对多元醇的真空干燥的加热温度为60～110℃，真空干燥时间为1～3h；

所述惰性气体采用氮气或氩气，搅拌时间为0.5～2h，反应温度为60～80℃，反应时间为2～8h。

(2)制备聚氨酯：

向上述步骤(1)得到的聚氨酯预聚体溶液中加入扩链剂，搅拌加热反应制得离子型聚氨酯；

该步骤中，所加入的扩链剂为：2，2-二羟甲基丙酸、2，3-二羟基丙磺酸钠中的一种或二种；搅拌加热的温度为60～80℃，反应时间为0.5～12h。

(3)制备聚氨酯膜：

将上述步骤(2)反应得到的聚氨酯中加入溶剂溶解，之后加入到模具中干燥，制成聚氨酯薄膜；

该步骤中，所用的溶剂为：四氢呋喃，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亚砜中一种或几种；在模具中的干燥温度为80～110℃，干燥时间为2～12h。

(4)聚氨酯膜镀电极：

对上述步骤(3)得到的聚氨酯薄膜镀电极。

当所述电极采用石墨烯电极时，对所述步骤(3)得到的聚氨酯薄膜镀电极为：

将氧化石墨烯分散到加有制得的聚氨酯的溶剂中制成电极液，溶剂中聚氨酯的浓度为1～30wt％，优选的，氧化石墨烯用量为1质量份，含有聚氨酯的溶剂为20体积份，若1质量份为1g，则体积份为1ml，将所述步骤(3)得到的聚氨酯薄膜置于所述电极液中，1～10min后取出，干燥，置于氢碘酸中1～10min，即完成对聚氨酯薄膜镀电极；

当所述电极采用其它电极时，对所述步骤(3)得到的聚氨酯薄膜采用化学镀法镀电极。

上述方法中，各原料按质量份计，用量为：

所述多元醇的用量为：1～70份；

所述二异氰酸酯的用量为：20～60份；