[发明专利]一种生物基热塑性介电弹性体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物基热塑性介电弹性体材料及其制备方法。所述介电弹性体材料是由聚己内酯二醇、二元异氰酸酯和二元醇反应得到，其中所述聚己内酯二醇与二元异氰酸酯摩尔比为1：(1.7～6)，所述二元醇与二元异氰酸酯的摩尔比为1:(1.2～2.5)。所述制备方法包括将聚己内酯二醇与二元异氰酸酯按摩尔比1:1发生反应，得到第一反应物；使二元醇和剩余的二元异氰酸酯与所述第一反应物发生反应，得到所述生物基热塑性介电弹性体材料。本发明提供的介电弹性体材料兼具生物可降解性和高击穿电压，大大扩展了所述介电弹性体材料的使用范围。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体地说，是涉及一种生物基热塑性介电弹性体材料及其制备方法。

背景技术

电活性聚合物(EAPs)是一种能够在电场中产生机械形状变化的聚合物基体材料，而介电弹性体是典型的电子型电活性聚合物材料。介电弹性体是一种机电能量转换材料，在外界电场激励下能够改变其原始形状，而当外界电场激励撤销后，又能够恢复原始形状，这个过程中产生应变和应力，进行机电能量的转换。介电弹性体由于快速响应、电致变形大、高机械能密度和感应位移等特点在传感器、能量收集和驱动器等方面具有广泛的应用前景。

目前常用于介电弹性体的材料主要有硅橡胶，丙烯酸酯和聚氨酯等。硅橡胶虽然具有模量较低、响应时间短、几乎没有能量损耗等优势，但是其驱动电压较高，介电常数也较低；丙烯酸酯的相容性虽然比较好，其弹性、电致应变和击穿电压也都较高，但是其缺点是具有一定的黏性，从而导致应力松弛明显，应变响应时间长，应变不太稳定等一系列问题。介电弹性体在实际应用过程中，为了提高能量密度或者降低驱动电压，需要提高其介电常数和降低弹性模量。为了提高介电常数，常常选用无机纳米填料或者导电纳米填料如石墨烯等来制备复合材料，但是填料的引入会带来击穿强度的降低。因此选用介电常数较高的聚氨酯材料来合成介电弹性体，而且热塑性的弹性体具有重复加工性，相比复合材料更具有加工意义。

聚己内酯二醇(PCL)所以是一种可降解聚酯多元醇，由于具有易水解的酯键因而可以生物降解。而且PCL基聚氨酯弹性体比单一的聚醚型或聚酯型聚氨酯弹性体有更为平衡的性能，一方面它具有普通聚酯型聚氨酯弹性体的优良抗撕裂和应力-应变行为，同时又表现出聚醚型聚氨酯弹性体突出的压缩永久变形和回弹性能。

在环境和资源越发紧张的趋势下，选用生物基介电弹性体作为下一代介电弹性体不失为一种选择。因为生物基弹性体相比其它介电弹性体具有可降解且来源广泛的优异特性。

发明内容

基于以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种兼具生物可降解性与介电性能的介电弹性体材料。

本发明的目的之一为提供一种生物基热塑性介电弹性体材料，是由聚己内酯二醇、二元异氰酸酯和二元醇反应得到，其中所述聚己内酯二醇与二元异氰酸酯摩尔比为1：(1.7～6)，所述二元醇与二元异氰酸酯的摩尔比为1:(1.2～2.5)。

所述聚己内酯二醇与二元异氰酸酯摩尔比优选为1:(1.7～4)，更优选为1:(2～4)。

所述二元醇与二元异氰酸酯的摩尔比优选为1:(1.3～2.5)，更优选为1：(1.3～2)。

所述聚己内酯二醇的分子量优选为1000～2000。

所述二元醇选择本领域常用的二元醇，优选自乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇中的至少一种。

所述二元异氰酸酯选择本领域常用的二元异氰酸酯，所述二元异氰酸酯为下列通式(I)中的至少一种：

O＝C＝N-R-N＝C＝O (I)。

二元异氰酸酯优选自六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、芳香族的甲苯二异氰酸酯(TDI)(如2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯)、1,4-二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。