[发明专利]一种动态热固性材料、弹性导电复合材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种动态热固性材料、弹性导电复合材料及其制备和应用。该热固性材料的化学结构式为(Ⅰ)。该热固性材料的制备方法为：PBSF预聚物的制备；PBSF‑FA的制备；动态热固性材料的制备。该热固性材料PFB具有良好的稳定性和弹性、便捷的加工性、可回收性和可降解性。

技术领域

本发明属于热固性材料及其制备和应用技术领域，特别涉及一种动态热固性材料、弹性导电复合材料及其制备和应用。

背景技术

现代社会中，电子器件已经融入我们生活的方方面面中。随之而来产生的电子废物也已经对土地，水系统，空气甚至人类体内造成了很大的污染。电子设备的废物管理引起了广泛关注。科学家为开发可降解或可回收的“绿色”电子产品做出了很多努力。随着电子器件快速发展，可穿戴电子设备已成为电子垃圾的主要来源之一。因此需要能够用于电子器件的可降解或者可回收的电子材料，并且这些材料需要满足一系列要求，包括合适的柔软度以确保与人体(如皮肤)的机械匹配，足够好的弹性以适应重复运动期间的动态变形，易于加工的性能能够满足定制需求，例如3D打印(3DP)，以及出色的电气和结构稳定性，可以在复杂环境中持久使用。

与传统的刚性和不可降解的无机电子材料(例如硅和金属)相比，相对柔软的有机材料具有明显的优势，因此在可穿戴电子产品中变得越来越重要。在过去的十年中，有机电子材料取得了重大进展。常见的弹性聚合物，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚酰胺(PA)，已被广泛用作电子基板和介电材料。但是，它们是不可降解和不可回收的。因此，一些可降解的聚合物，如聚己内酯(PCL)，聚乳酸(PLA)和聚乙烯醇(PVA)，已被引入瞬态电子器件的研发中。然而，这些线性聚合物的高模量和较差的弹性阻碍了它们在可穿戴电子设备中的应用。最近，可降解的热固性弹性体如聚癸二酸甘油酯(PGS)已被用于制造可穿戴电子产品。然而，共价交联结构使这些弹性体不易加工难以循环，并且难以构造复杂的三维结构。具有可逆交联的动态聚合物材料的出现提供了解决这些问题的潜在途径。具有动态非共价交联(例如氢键)和金属配位作用的材料已被用于构建可回收的电子产品。然而，由于其相对较弱的交联强度，这些材料的结构不稳定并且其机械性能相对较差。具有可逆共价交联的动态聚合物已被用来避免前述这些问题。Zou等人通过在动态热固性聚亚胺中掺入银纳米颗粒，第一次成功制备了可回收的电子皮肤，它具有出色的机械强度。但是所得的电子器件显示出较低的拉伸性能。此外，聚亚胺的聚合物需要使用另外的试剂进行分解以实现循环加工。因此，可穿戴电子器件领域迫切需要开发一种具有坚固的弹性，合适的模量，优异的加工性，可回收性和可降解性的新型导电材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动态热固性材料、弹性导电复合材料及其制备和应用，以克服现有技术中用于可穿戴电子器件的聚合物不能同时具有较好弹性、模量、可回收性和可降解性等缺陷。

本发明提供一种动态热固性材料，所述材料的化学结构式为：

式中，m/n＝1/1～1/10。

本发明还提供一种动态热固性材料的制备方法，步骤包括：

(1)在氮气气氛中，癸二酸、富马酸和1,4-丁二醇在双键保护剂和酯化反应催化剂下通过缩聚反应得到分子主链聚(癸二酸丁二酯-富马酸丁二酯)PBSF预聚物，其中癸二酸、富马酸和1,4-丁二醇的摩尔比为1-10:1:2-11，双键保护剂与富马酸的摩尔比为1:10～1:30，癸二酸、富马酸和1,4-丁二醇总摩尔体积与酯化反应催化剂的比例为1mol:0.3-1.0mL；

(2)将步骤(1)中PBSF预聚物和糠胺FA加入到混合溶剂中，再加入催化剂，在氮气下迈克尔加成反应，洗涤沉淀，干燥，得到PBSF-FA，其中PBSF预聚物中C＝C的摩尔与PA的摩尔比为1:1.1-2，糠胺与催化剂的摩尔比为1:0.05-0.2；