一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体及其制备方法与流程

本发明涉及介电弹性体，尤其涉及一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体及其制备方法。

背景技术：

1、介电弹性体是一种电子型电活性聚合物，相对于其它电活性聚合物具有优异的性能，例如：质量轻、电致形变大，质量能量密度高，高转换效率，以及响应时间快、耐用性好等。由于介电弹性体的优异特性，使得它可以广泛应用于医疗设备、能量储存、仿生材料、航空机械、机器人等领域。

2、但在目前开发的聚合物介电弹性体实际使用的过程中，通常需要采取各种方法提高聚合物的介电常数，流程繁琐，不利于介电弹性体的工业化生产，能够同时兼具高介电常数(＞15，103hz)以及低弹性模量(0.1-1mpa)的聚合物材料很少；同时介电弹性体材料会因为各种原因产生裂纹和击穿，影响使用，使用寿命较短。因此，急需开发一种出高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体材料。

技术实现思路

1、本发明的目的一在于公开一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体，利用二硫键使介电弹性体具有室温自愈合功能，并通过带有高极性基团的硅烷偶联剂与羟基封端聚硅氧烷发生脱醇固化反应，在体系内引入高极性基团来提高聚合物的介电常数，从而使获得的介电弹性体介电常数高、可室温自愈合、模量低。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体，包括如下组分：端羟基的聚硅氧烷，含有二硫键的有机物，硅烷偶联剂；所述端羟基的聚硅氧烷结构式i如下：

3、

4、其中，r1和r2均独立选自c1-12烷基、c6-24芳基、c6-24芳基取代的c1-12烷基、至少一个c1-12烷基取代的c6-24芳基；

5、r3和r4均独立选自c1-12烷基；

6、每个r5相同或不同，均独立选自c0-12亚烷基；

7、n为4-100之内的任意整数。

8、在一些实施方式中，r1和r2均独立选自c1-6烷基、c6-12芳基、c6-12芳基取代的c1-6烷基、至少一个c1-6烷基取代的c6-12芳基；

9、r3和r4均独立选自c1-6烷基；

10、每个r5相同或不同，均独立选自c0-5亚烷基；

11、n为4-60之内的任意整数。

12、在一些实施方式中，所述端羟基的聚硅氧烷结构式i-a如下：

13、

14、在一些实施方式中，所述硅烷偶联剂选自3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

15、在一些实施方式中，所述含有二硫键的有机物选自3,3′-二硫代二丙酸、2,2′-二硫代二丙酸、二硫代甘醇酸、二硫辛酸、2,2′-二硫二乙醇、丙基二硫或二苄基二硫中的一种或多种。

16、本发明的目的二在于公开一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体的制备方法，利用二硫键使介电弹性体具有室温自愈合功能，并通过带有高极性基团的硅烷偶联剂与羟基封端聚硅氧烷发生脱醇固化反应，在体系内引入高极性基团来提高聚合物的介电常数，从而使获得的介电弹性体介电常数高、可室温自愈合、模量低；且本发明的制备方法简单，无需催化剂和溶剂，无反应副产物，过程容易控制，成本低，易于实现工业化生产，适用于人造肌肉，传感器，超级电容器，聚合物发电机，触觉反馈器等多个领域。

17、为实现上述目的，本发明提供了一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体的制备方法，包括如下步骤：

18、步骤一：将端羟基的聚硅氧烷、含有二硫键的有机物、硅烷偶联剂按照1：1：1-1.5的摩尔比混合，机械搅拌0.1-24h，得到混合物；

19、步骤二：在氮气保护下，将步骤一中得到的混合物升温至50℃-130℃，再降至室温，得到澄清透明的产物体系；

20、步骤三：将步骤二中的产物体系在25-50℃温度下，静置24-240h得到高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体。

21、在一些实施方式中，所述介电弹性体的介电常数为2-25。

22、在一些实施方式中，所述介电弹性体的介电损耗为0.001-0.5。

23、在一些实施方式中，所述介电弹性体的弹性模量为0.1-1.0mpa。

24、在一些实施方式中，所述介电弹性体的自修复效率为70％-98％。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开的高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体及其制备方法，利用二硫键使介电弹性体具有室温自愈合功能，并通过带有高极性基团的硅烷偶联剂与羟基封端聚硅氧烷发生脱醇固化反应，在体系内引入高极性基团来提高聚合物的介电常数，从而使获得的介电弹性体介电常数高、可室温自愈合、模量低；且本发明的制备方法简单，无需催化剂和溶剂，无反应副产物，过程容易控制，成本低，易于实现工业化生产，适用于人造肌肉，传感器，超级电容器，聚合物发电机，触觉反馈器等多个领域。

技术特征：

1.一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体，其特征在于，包括如下组分：端羟基的聚硅氧烷，含有二硫键的有机物，硅烷偶联剂；所述端羟基的聚硅氧烷结构式i如下：

2.根据权利要求1所述的一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体，其特征在于，所述端羟基的聚硅氧烷结构式i-a如下：

4.根据权利要求1所述的一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体，其特征在于，所述含有二硫键的有机物选自3,3′-二硫代二丙酸、2,2′-二硫代二丙酸、二硫代甘醇酸、二硫辛酸、2,2′-二硫二乙醇、丙基二硫或二苄基二硫中的一种或多种。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体的制备方法，其特征在于，所述介电弹性体的介电常数为2-25。

8.根据权利要求6所述的高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体的制备方法，其特征在于，所述介电弹性体的介电损耗为0.001-0.5。

9.根据权利要求6所述的高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体的制备方法，其特征在于，所述介电弹性体的弹性模量为0.1-1.0mpa。

10.根据权利要求6所述的高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体的制备方法，其特征在于，所述介电弹性体的自修复效率为70％-98％。

技术总结
本发明提供了一种高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体，包括如下组分：端羟基的聚硅氧烷，含有二硫键的有机物，硅烷偶联剂；所述端羟基的聚硅氧烷结构式I如下：其中，R1和R2均独立选自C1‑12烷基、C6‑24芳基、C6‑24芳基取代的C1‑12烷基、至少一个C1‑12烷基取代的C6‑24芳基；R3和R4均独立选自C1‑12烷基；每个R5相同或不同，均独立选自C0‑12亚烷基；n为4‑100之内的任意整数。本发明公开的高介电常数低模量室温自愈合的介电弹性体及其制备方法，获得的介电弹性体介电常数高、可室温自愈合、模量低；且制备方法简单，无需催化剂和溶剂，过程容易控制，成本低，易于实现工业化生产，适用于人造肌肉，传感器，超级电容器，聚合物发电机，触觉反馈器等多个领域。

技术研发人员：王若琳,贺金梅,白永平
受保护的技术使用者：无锡海特新材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13