一种光固化柔性导电聚氨酯及其制备方法与应用与流程

本发明涉及智能高分子材料，具体涉及一种光固化柔性导电聚氨酯及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随柔性离子导电材料，如离子水凝胶、导电聚氨酯，在柔性可穿戴电子器件领域引起了广泛的关注。这类导电材料具有导电介质的连续性、高透明度、高拉伸性等优点，已经被广泛应用于传感器、超级电容器、锂离子电池及纳米摩擦发电机中。光固化聚氨酯，生产过程中无voc排放，且固化速度快，工艺简单，可以用于制备在极端环境下或长期监测使用的柔性传感器。同时，通过3d打印能获得结构多元、精密的聚氨酯材料。

2、现有技术中为了得到满足实际需要的导电率，需要对聚氨酯进行导电改性，但是，这也改性后也导致的聚氨酯出现力学性能的大幅下降的问题。

3、因此，如何制备良好机械性能的光固化柔性导电聚氨酯仍然是一项巨大的挑战。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光固化柔性导电聚氨酯及其制备方法与应用，用于解决现有技术中对聚氨酯改性后出现力学性能的大幅下降的问题。

2、本发明通过在聚氨酯上接枝一条聚醚胺支链可以同时提高聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长率。本发明中的聚氨酯通过光固化3d打印制备。本发明中的聚氨酯的导电性能通过在聚氨酯表面固化一层导电水凝胶获得。本发明制备的光固化柔性导电聚氨酯可应用于柔性传感器，监测人体的各项运动。

3、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光固化柔性导电聚氨酯，包括改性聚氨酯丙烯酸酯30g，光固化单体30～110g，光引发剂0.1～5g；

4、所述改性聚氨酯丙烯酸酯由二异氰酸酯、羟基封端的多元醇、羟甲基丙烷、用聚醚胺改性的异佛尔酮二异氰酸酯、含羟基的(甲基)丙烯酸酯构成。

5、于本发明的一实施例中，所述光固化单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯、n-丙烯酰吗啉、丙烯酸十酯中的至少一种。

6、于本发明的一实施例中，所述引发剂选自(2，4，6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、(2，4，6-三甲基苯甲酰基)膦酸乙酯、二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮、2，4-二甲基硫杂蒽酮中的至少一种。

7、于本发明的一实施例中，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种；

8、所述羟基封端的多元醇选自聚四氢呋喃醚二醇、聚乙二醇、聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇中的至少一种；

9、所述用聚醚胺改性的异佛尔酮二异氰酸酯由聚醚胺对异佛尔酮二异氰酸酯进行半封端改性所制得；

10、所述聚醚胺为分子量1000的单氨基封端聚醚胺；

11、所述含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的至少一种。

12、一种光固化柔性导电聚氨酯的制备方法，用于制备所述的光固化柔性导电聚氨酯，包括如下步骤：

13、s1、在催化剂存在下，使二异氰酸酯与羟基封端的多元醇混合，发生逐步加成聚合反应得到异氰酸酯基封端的预聚体1；

14、s2、将预聚体1与三羟甲基丙烷进行扩链反应，得到预聚体2；

15、s3、在催化剂的存在下，将聚醚胺与异佛尔酮二异氰酸酯按1：1比例混合，发生逐步加成聚合反应得到聚醚胺改性的异佛尔酮二异氰酸酯；

16、s4、将预聚体2与用聚醚胺改性的异佛尔酮二异氰酸酯、含羟基丙烯酸酯改性反应，改性反应期间加入阻聚剂，得到改性聚氨酯丙烯酸酯；

17、s5、称取改性聚氨酯丙烯酸酯、光固化单体、光引发剂，倒入搅拌器中，在避光的条件下低速搅拌均匀即得。

18、于本发明的一实施例中，所述催化剂为叔胺类或者有机金属类催化剂剂；

19、所述阻聚剂选自对苯二酚、对甲氧基苯酚中的任一种；

20、于本发明的一实施例中，在步骤s1中，所述催化剂的用量为200～600ppm；所述逐步加成聚合反应温度为40～80℃，反应时间为1～3h；

21、在步骤s2中，所述扩链反应的温度为60～90℃，反应时间为1～3h；

22、在步骤s3中，所述催化剂的用量为100～300ppm；所述逐步加成聚合反应温度为40～70℃，反应时间为0.5～2h；

23、在步骤s4中，所述阻聚剂用量为50～1000ppm；所述改性反应温度为70～100℃，反应时间为2～4h。

24、于本发明的一实施例中，所述二异氰酸酯、羟基封端的多元醇及三羟甲基丙烷的摩尔比为1：(0.65-0.85)：(0.25-0.5)；

25、所述预聚体2、聚醚胺改性异佛尔酮二异氰酸酯及含羟基丙烯酸酯的摩尔比为3：(0-2)：(1-3)。

26、于本发明的一实施例中，在s5步骤中，所述搅拌器的搅拌转速为300r/min。

27、一种根据所述的光固化柔性导电聚氨酯在制备柔性传感器中的应用，包括如下步骤：

28、一、制备导电水凝胶，包括混合1-20g丙烯酰胺、8-160g去离子水、10％-20％peg700da、1％-5％光引发剂2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮以及5％-10％氯化锂，倒入搅拌器中，在避光的条件下低速搅拌均匀；

29、二、将光固化柔性聚氨酯样品在导电水凝胶中采用浸润方式处理后固化烘干。

30、如上所述，本发明的光固化柔性导电聚氨酯及其制备方法与应用，具有以下有益效果：

31、本发明通过以二异氰酸酯、多元醇、三羟甲基丙烷为原料制备聚氨酯预聚体；加入聚醚胺改性异佛尔酮二异氰酸酯和含羟基丙烯酸酯共同封端，实现了在聚氨酯上接枝了一条聚醚胺侧链，同时提升了树脂的拉伸强度和断裂伸长率，在聚氨酯改性的同时保证了其良好的力学性能。

技术特征：

1.一种光固化柔性导电聚氨酯，其特征在于：包括改性聚氨酯丙烯酸酯30g，光固化单体30～110g，光引发剂0.1～5g；

2.根据权利要求1所述的光固化柔性导电聚氨酯，其特征在于：所述光固化单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯、n-丙烯酰吗啉、丙烯酸十酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的光固化柔性导电聚氨酯，其特征在于：所述引发剂选自(2，4，6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、(2，4，6-三甲基苯甲酰基)膦酸乙酯、二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮、2，4-二甲基硫杂蒽酮中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的光固化柔性导电聚氨酯，其特征在于：所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种；

5.一种光固化柔性导电聚氨酯的制备方法，用于制备权利要求1-4任一所述的光固化柔性导电聚氨酯，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的光固化柔性导电聚氨酯的制备方法，其特征在于：所述催化剂为叔胺类或者有机金属类催化剂剂；

7.根据权利要求6所述的光固化柔性导电聚氨酯的制备方法，其特征在于：在步骤s1中，所述催化剂的用量为200～600ppm；所述逐步加成聚合反应温度为40～80℃，反应时间为1～3h；

8.根据权利要求5所述的光固化柔性导电聚氨酯的制备方法，其特征在于：所述二异氰酸酯、羟基封端的多元醇及三羟甲基丙烷的摩尔比为1：(0.65-0.85)：(0.25-0.5)；

9.根据权利要求5所述的光固化柔性导电聚氨酯的制备方法，其特征在于：在s5步骤中，所述搅拌器的搅拌转速为300r/min。

10.一种根据权利要求1-4任一项所述的光固化柔性导电聚氨酯在制备柔性传感器中的应用，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及智能高分子材料技术领域，具体提供了一种光固化柔性导电聚氨酯及其制备方法与应用，所述光固化柔性导电聚氨酯包括改性聚氨酯丙烯酸酯30g，光固化单体30～110g，光引发剂0.1～5g；所述制备方法包括制备改性聚氨酯丙烯酸酯的步骤和混合改性聚氨酯丙烯酸酯、光固化单体、光引发剂搅拌的步骤；所述光固化柔性导电聚氨酯在制备柔性传感器中的应用包括制备导电水凝胶的步骤和浸润固化烘干光固化柔性聚氨酯样品的步骤；本发明通过以二异氰酸酯、多元醇、三羟甲基丙烷为原料制备聚氨酯预聚体；加入聚醚胺改性异佛尔酮二异氰酸酯和含羟基丙烯酸酯共同封端，实现了在聚氨酯上接枝了一条聚醚胺侧链，同时提升了树脂的拉伸强度和断裂伸长率。

技术研发人员：姚山山,帅康杰,刘红春,欧毅涛,文军
受保护的技术使用者：无锡八禾新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12