CN110922766A - 一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料及其制备方法、应用。所述硅橡胶材料的制备原料包括按照重量份计的如下成分：60～90份氨基封端的硅橡胶、0.1～50份导电炭黑、8～18份二异氰酸酯、3～13份交联剂和0.1～5份具有光热转化效应的纳米粒子。所述制备方法包括：将制备原料与四氢呋喃混合，搅拌，得到预聚物，根据所述四氢呋喃的体积，所述制备原料的使用量为0.1～0.6g/ml；将所述预聚物干燥后，得到可修复宏观划痕的硅橡胶材料。所述应用包括修复宏观划痕的应用和作为3D打印耗材的应用。本发明的有益效果包括：硅橡胶材料具有导电性和自我修复性能，制备方法简便、成本低。

Description

一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，具体地，涉及一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料及其制备方法、应用。
背景技术
硅橡胶分子链柔顺且分子间作用力极低，故通常以交联弹性体的形式被使用，传统的聚硅氧烷弹性体面临着与所有热固性材料相同的难题：材料在成型加工和使用过程中出现破损后，无法实现自我修复从而延长材料的使用寿命；材料废弃后难以回收再利用，造成极大的损失和资源浪费；不具备导电性。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料及其制备方法、应用，以提供一种能够实现自我修复的硅橡胶材料。
本发明一方面提供了一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料。所述硅橡胶材料的制备原料可包括按照重量份计的如下成分：60～90份氨基封端的硅橡胶、0.1～50份导电炭黑、8～18份二异氰酸酯、3～13份交联剂和0.1～5份具有光热转化效应的纳米粒子。
在本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的一个示例性实施例中，所述氨基封端的硅橡胶可包括氨基封端聚二甲基硅氧烷，所述氨基封端聚二甲基硅氧烷的分子量可为500～50000。
在本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的一个示例性实施例中，所述导电炭黑可包括石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、液态金属、离子液体中的至少一种。
在本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的一个示例性实施例中，所述二异氰酸酯可包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
在本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的一个示例性实施例中，所述具有光热转化效应的纳米粒子可包括聚多巴胺纳米粒子、黑色素纳米粒子、金纳米粒子、金纳米棒中的至少一种。
在本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的一个示例性实施例中，所述硅橡胶材料具有导电性和重加工性。
本发明另一方面提供了一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料的制备方法，制备原料可包括按照重量份计的：60～90份氨基封端的硅橡胶、0.1～50份导电炭黑、8～18份二异氰酸酯、3～13份交联剂和0.1～5份具有光热转化效应的纳米粒子。所述制备方法可包括步骤：
将制备原料与四氢呋喃混合，得到预聚物，根据所述四氢呋喃的体积，所述制备原料的使用量为0.1～0.6g/ml；
将所述预聚物干燥后，得到可修复宏观划痕的硅橡胶材料。
在本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的制备方法的一个示例性实施例中，所述干燥可包括步骤：
在室温条件下，将所述预聚物在模具中干燥20～30小时，然后在40～85℃的温度条件下干燥2～50小时。
本发明可修复宏观划痕的硅橡胶材料可由上述制备方法制备而成。
本发明再一方面提供了可修复宏观划痕的硅橡胶材料的应用，上述任一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料可修复宏观划痕的应用。
本发明再一方面还提供了可修复宏观划痕的硅橡胶材料的应用，上述任一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料可作为3D打印耗材的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：制备原料易获取，制备工艺简便、易控制，制备得到的硅橡胶材料具有导电性、自我修复性能和重加工性能。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例中的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的制备方法的一个流程示意图；
图2示出了本发明的示例1中的一个修复对比示意图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料及其制备方法、应用。
本发明一方面提供了一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料。
在本发明的一个示例性实施例中，所述硅橡胶材料的制备原料可以包括按照重量份计的如下成分：
60～90份氨基封端的硅橡胶、0.1～50份导电炭黑、8～18份二异氰酸酯、3～13份交联剂和0.1～5份具有光热转化效应的纳米粒子。
具体地，所述硅橡胶材料的制备原料可以包括按照重量份计的如下成分：
79份氨基封端的硅橡胶、30份导电炭黑、13份二异氰酸酯、5份交联剂和3份具有光热转化效应的纳米粒子。
另外，所述硅橡胶材料的制备原料可以由按照重量份计60～90份氨基封端的硅橡胶、0.1～50份导电炭黑、8～18份二异氰酸酯、3～13份交联剂、0.1～5份具有光热转化效应的纳米粒子构成。
在本实施例中，氨基封端的硅橡胶可以包括氨基封端聚二甲基硅氧烷，所述氨基封端聚二甲基硅氧烷的分子量可以为500～50000，例如900、1000、3000、5000或30000。其中，氨基封端的硅橡胶可以和原料中的异氰酸酯以及交联剂发生缩合反应、形成脲键。具体地，当分子量低于500时，最终制得的硅橡胶产品弹性性能较差、材质较脆，当分子量高于50000时，最终制得的硅橡胶产品机械性能较差、材质较软。
在本实施例中，导电炭黑可以包括石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、液态金属和离子液体中的至少一种。其中，导电炭黑能够使得制备得到的硅橡胶材料具备导电性。
在本实施例中，二异氰酸酯可以包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
在本实施例中，具有光热转化效应的纳米粒子包括聚多巴胺纳米粒子、黑色素纳米粒子、金纳米粒子、金纳米棒中的至少一种。所述具有光热转化效应的纳米粒子的粒径可为50～500nm。其中，具有光热转化效应的纳米粒子可以吸收近红外光，进而产生热量体系升温，使得体系内的动态脲键发生解离，打破体系的交联结构，使体系具有自我修复和重加工性能。
在本实施例中，所述可修复宏观划痕的硅橡胶材料具有脲键，并且脲键相互之间具有氢键，可以提高材料的机械强度。同时，脲键在近红外光照条件下是一种热可逆化学键，可断裂，去除红外光可重新生成，这一特性使所述导电硅橡胶材料具有重加工的性能以及自我修复的性能，尤其是，可以在无外界压力的作用下实现重加工。由于所述可修复宏观划痕的硅橡胶材料具有热或者光加工性能，可应用于3D加工打印和透明柔性电极基材，尤其是，使用与选择性激光烧结3D领域，提高3D打印制品的层间强度，实现打印制品不同方向机械性能统一。
在本实施例中，本发明所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料可以自我修复不大于1cm的划痕，尤其是可以自我修复1mm～1cm的划痕。
本发明另一方面提供了一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料的制备方法。
在本发明的另一个示例性实施例中，制备原料可以包括60～90份氨基封端的硅橡胶、0.1～50份导电炭黑、8～18份二异氰酸酯、3～13份交联剂和0.1～5份具有光热转化效应的纳米粒子。所述制备原料可以与上一个示例性实施例中的相同。如图1所示，所述制备方法可以包括如下步骤：
S01：将制备原料与四氢呋喃混合，得到预聚物，根据所述四氢呋喃的体积，制备原料的使用量可以为0.1～0.6g/ml。
在本实施例中，可以选择的是：在制备原料与四氢呋喃混合后搅拌，其中，搅拌的时间可以为0.5～3小时。
在本实施例中，四氢呋喃充当溶剂，可以再原料发生聚合时，降低体系的粘度，避免暴聚产生凝胶。原料中的二异氰酸酯、交联剂和氨基封端的硅橡胶在溶剂中发生缩合反应，得到预聚物。
S02：将所述预聚物干燥后，得到导电硅橡胶材料。
在本实施例中，所述干燥可以包括步骤：
在室温条件下，将所述预聚物在模具中干燥20～30小时，然后在40～85℃的温度条件下干燥2～50小时。
在本实施例中，将所述预聚物先在室温下干燥20～30小时是为了使预聚物中的四氢呋喃进行挥发，在40～85℃的温度条件下干燥2～50小时是为了使得上一段干燥后残留的四氢呋喃能够进一步的挥发，其中，当干燥的温度高于85℃时，预聚物内部的逆反应速率增高、影响产品的的性能。具体地，当四氢呋喃挥发不干净时，最后得到的产品将会产生气泡。
另外，所述干燥还可以包括步骤：
在室温条件下，将所述预聚物在模具中干燥24小时，然后在80℃的温度条件下干燥4小时。
在本实施例中，上一个示例性实施例中所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料可由本示例性实施例中所述的制备方法制备得到。
本发明再一方面提供了一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料的应用。
在本发明的再一个示例性实施例中，上述两个示例性实施例中所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料能够修复宏观划痕，由于所述可修复宏观划痕的硅橡胶材料分子主链及交联点上含有脲键，在加热条件下脲键具有热可逆性，材料可以自我修复，同时，还可以回收重加工。
上述两个示例性实施例中所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料能够能够作为3D打印耗材，还能够应用于柔性电极基材、防腐蚀涂层和粘接剂领域。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
制备原料包括：40mg聚多巴胺纳米粒子、0.5g导电炭黑、4g氨丙基封端的硅橡胶分子、0.6g异氟尔酮二异氰酸酯和0.4g六亚甲基二异氰酸酯三聚体。
制备方法包括：
(1)将本示例中的制备原料溶解在20ml四氢呋喃中，室温搅拌反应1小时，得到预聚物。
(2)将预聚物倒入聚四氟乙烯模具中，室温干燥24小时，再放入80℃烘箱中继续干燥48小时，后从模具中取出制备得到的可修复宏观划痕的硅橡胶材料。
将本示例中制备得到的可修复宏观划痕的硅橡胶材料用刀片划一个宽度为1.111mm的划痕，近红外光照2分钟将划痕修复，如图2所示，左侧为划痕修复前的微观相貌、右侧为修复后的微观相貌，左侧黑色竖直方向的条痕为1.111mm的划痕，从右侧修复后的微观相貌可以看出的是，上述1.111mm的划痕已经自我修复，可以得出的是，该材料具有自我修复的性能。
综上所述，本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料及其制备方法、应用的优点可包括：
(1)本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的制备原料易得、成本低，合成工艺简便易控，产率可以达到98％。
(2)本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料利用脲键相互之间的氢键作用，可以提高材料的机械强度，具体地，拉伸强度可以不小于4Mpa，断裂伸长率可以不小于400％，尤其是，拉伸强度可以为6～12Mpa，断裂伸长率可以为600～1200％，尤其是，拉伸强度为10～12Mpa且断裂伸长率为400～500％，例如：拉伸强度为11Mpa且断裂伸长率为450％。
(3)本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料中的脲键在近红外光照条件下是一种热可逆化学键，可断裂，去除红外光可重新生成，这一特性使其具有重加工的性能以及自我修复的性能，尤其是，可以在无外界压力的作用下实现重加工，可以自我修复不大于1cm的划痕，尤其是可以自我修复1mm～1cm的划痕。
(4)本发明的可修复宏观划痕的硅橡胶材料具有热或者光加工性能，可应用于3D加工打印和透明柔性电极基材，尤其是，使用与选择性激光烧结3D领域，提高3D打印制品的层间强度，实现打印制品不同方向机械性能统一。
(5)本发明的制备方法简便、成本低。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料，其特征在于，所述硅橡胶材料的制备原料包括按照重量份计的如下成分：
60～90份氨基封端的硅橡胶、0.1～50份导电炭黑、8～18份二异氰酸酯、3～13份交联剂和0.1～5份具有光热转化效应的纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料，其特征在于，所述氨基封端的硅橡胶包括氨基封端聚二甲基硅氧烷，所述氨基封端聚二甲基硅氧烷的分子量为500～50000。
3.根据权利要求1所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料，其特征在于，所述导电炭黑包括石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、液态金属、离子液体中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料，其特征在于，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料，其特征在于，所述具有光热转化效应的纳米粒子包括聚多巴胺纳米粒子、黑色素纳米粒子、金纳米粒子、金纳米棒中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料，其特征在于，所述硅橡胶材料具有自我修复性能和重加工性能。
7.一种可修复宏观划痕的硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，制备原料包括按照重量份计的：60～90份氨基封端的硅橡胶、0.1～50份导电炭黑、8～18份二异氰酸酯、3～13份交联剂和0.1～5份具有光热转化效应的纳米粒子，所述制备方法包括步骤：
将制备原料与四氢呋喃混合，得到预聚物，根据所述四氢呋喃的体积，所述制备原料的使用量为0.1～0.6g/ml；
将所述预聚物干燥后，得到可修复宏观划痕的硅橡胶材料。
8.根据权利要求7所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述干燥包括步骤：
在室温条件下，将所述预聚物在模具中干燥20～30小时，然后在40～85℃的温度条件下干燥2～50小时。
9.一种权利要求1至6任意一项所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料或权利要求7或8任一项所述的制备方法制得的可修复宏观划痕的硅橡胶材料修复宏观划痕的应用。
10.一种权利要求1至6任意一项所述的可修复宏观划痕的硅橡胶材料或权利要求7或8任一项所述的制备方法制得的可修复宏观划痕的硅橡胶材料作为3D打印耗材的应用。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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