[发明专利]柔性可拉伸自愈合碳基聚硅氧烷-聚脲弹性体及制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性可拉伸自愈合碳基聚硅氧烷‑聚脲弹性体及其制备方法，所述的碳基聚硅氧烷‑聚脲弹性体含有聚合物基体和碳系填料，所述的聚合物基体为具有多重氢键的聚硅氧烷‑聚脲，碳系填料为含有羟基、羧基官能团和sp2杂化碳的单一或混合碳材料。该制备方法由双(3‑氨丙基)封端聚二甲基硅氧烷、二异氰酸酯和碳系填料在有机溶剂中聚合而成。发明制备的碳基聚硅氧烷‑聚脲弹性体在柔性的线性聚硅氧烷和多重氢键结构的协同作用下能够实现有效的热辅助自愈合，且具有优异的可拉伸性、热稳定性和摩擦发电性能，具有大规模生产和应用的潜力。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种柔性可拉伸自愈合碳基聚硅氧烷-聚脲弹性体及其制备方法。

背景技术

功能集成是柔性显示的主要趋势之一，以柔性显示基板为主体，将触控、指纹识别、摄像头等功能集成到面板里，使得面板不仅具备显示功能，同时还具备触控、传感等其他人机交互功能，将显示屏从单一的信息输出端升级为信息交互端。基板材料面临的挑战是既要有材料的刚性还要兼顾材质的弯折性，以及长时间弯折能否回复到原始形态。柔性可拉伸基板可同时满足柔韧性、透光率以及很强的表面划伤自愈性能。

自愈合材料的出现也为解决纳米发电机的使用寿命问题提供了的解决方案。自愈合根据愈合原理的不同分为外援型自愈合和本征型自愈合，外援型自愈合的修复主要依赖于储存在聚合物基质中的单体和催化剂。通常只能实现单次自愈合，本征型自愈合依赖于材料内部可逆的共价键和非共价相互作用，能够实现多次愈合，更适用于TENG长期稳定的共价特性。

通过非共价相互作用连接的高分子材料由于分子链间缺少强有力的交联点，力学强度往往比共价交联要低。高分子材料与刚性的碳系填料复合有利于提高材料的力学强度，但由于刚性粒子通常不具有自愈合能力且会阻碍聚合物分子链的运动，往往使得高分子复合材料的自愈合能力低。因此，如何解决高分子复合材料力学强度与自愈合性能的矛盾，制得兼具可拉伸性能、高的摩擦发电性能和自愈合效率的高分子复合材料，将具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的之一是提供一种可用于摩擦发电的自愈合碳基聚硅氧烷-聚脲弹性体，该弹性体的分子链间、分子链与碳基填料之间形成氢键，在复合材料中构建多重氢键网络，提高材料力学强度的同时，赋予材料的自愈合性能，有利于延长材料的使用寿命。含有sp2杂化的碳系填料能够在材料摩擦过程中存储电荷，更提高材料的摩擦电输出性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种柔性可拉伸自愈合碳基聚硅氧烷-聚脲弹性体，该复合弹性体由聚硅氧烷-聚脲复合基体和填充在该复合基体中的碳系填料组成，所述聚硅氧烷-聚脲复合基体的分子结构式如下：

其中：n的取值范围为10-270；

R为中的一种或两种以上的组合；

所述碳系填料为含有羟基官能团、羧基官能团和氨基官能团中的一种或两种以上官能团的sp2杂化碳材料，为单一碳材料或两种以上碳材料的组合。

本发明的目的之二是提供一种上述柔性可拉伸自愈合碳基聚硅氧烷-聚脲弹性体的制备方法，包括如下步骤：

S1、在冰浴、惰性气体气氛下将10-80质量份的双(3-氨丙基)封端聚二甲基硅氧烷溶于30-200质量份的有机溶剂，冰浴混合30-90分钟，得到聚硅氧烷溶液；

S2、将0.5-20质量份的二异氰酸酯溶于10-100质量份的有机溶剂混合，然后加入到步骤S1的聚硅氧烷溶液中，其中双(3-氨丙基)封端聚二甲基硅氧烷与二异氰酸酯物质的量之比大于等于1:1，不断搅拌反应，得到聚硅氧烷-聚脲溶液；

S3、先将0.05-20质量份碳系填料均匀分散在3-60质量份的有机溶剂中，得到碳系填料混合液，再将碳系填料混合液缓慢加入到步骤S2的聚硅氧烷-聚脲溶液中，不断搅拌使碳系填料与聚硅氧烷聚脲充分混合，得到混合物料；