【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于功能高分子材料，尤其是涉及一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著柔性可穿戴和可植入電子技術等柔性傳感領域中的快速發展，柔性材料成為了柔性電子器件傳感層和保護層等關鍵組成部分的不可或缺的材料，它們不僅需要具高靈敏度、穩定性等基本傳感性能，還需要滿足與傳感組織體發生同步的運動和形變，如彎曲、折疊、扭轉、拉伸等。因此，柔性傳感材料與軟生物組織的力學適配性也自然成為了設計制備傳感材料的核心問題。
2、目前，大多數商業柔性材料，如聚二甲基硅氧烷(pdms)、熱塑性聚氨酯(tpu)和硅橡膠等，由于其楊氏模量高或回彈性差，這類材料構筑的柔性傳感器件難以反應生物機體的實際生理狀態。在合成材料中，柔性和強度是兩種互斥的力學性能。然而，生物組織特殊的j型應力-應變力學響應使其具有低楊氏模量和高強度的互斥力學性能。其在小變形時柔軟(楊氏模量～100kpa)，隨著變形的增加，肌肉組織會明顯硬化，表現出較高的強度(～1mpa)。這種剛性隨著施加的應變或應力的增加而增加力學特性被稱為可逆應變硬化特性。一方面，應變硬化特性可以限制生物組織的無限變形，有效防止大規模變形造成的損傷，以維持其組織結構完整性和生物功能。另一方面，小變形時具有的低模量特性確保了其形變的柔順性。
3、因此，通過模仿生物組織的可逆應變硬化特性，可以實現材料中柔性和強度兩種互斥力學性能的統一。材料在具備高力學穩定性的同時也賦予其與軟生物組織良好地力學匹配性，對電生理信號進行精確和高保真監測。因此，開發具有仿生物組織力學特性
技術實現思路
1、一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
2、步驟1，在三硫酯類小分子raft單體上通過本體raft聚合反應嵌段聚合2-6個苯乙烯單元和10-20個丙烯酸單元，制備得到具有雙親性的大分子raft試劑，記作macro-raft；
3、步驟2，以步驟1所得的macro-raft為raft試劑，基于可逆加成-斷裂鏈轉移聚合法，加入苯乙烯單體進行第一階段反應，隨后加入丙烯酸酯類單體進行第二階段反應，最后加入苯乙烯單體進行第三階段反應，通過三次連續投料的方式聚合得到三嵌段共聚物；
4、步驟3，將步驟2所得三嵌段共聚物溶于四氫呋喃溶劑中得到鑄膜液，后澆注于平整的硅片上并且置于干燥箱中室溫緩慢揮發溶劑，待溶劑揮發結束后再置于真空烘箱中退火后即可得到具有應變硬化力學特性的彈性體；raft聚合反應為本體聚合。
5、本專利專利技術了一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，通過硬相和軟相相結合的方式形成協同耗散網絡，柔性軟相賦予材料可拉伸性，而具有高模量高強度的硬相以剪切的形式承受載荷，從而提高強度和抗斷裂性。本專利選取丙烯酸酯類單體和苯乙烯單體，通過raft法制備了aba型三嵌段共聚物。在溶液體系中，由于聚苯乙烯與聚丙烯酸酯在溶劑中溶解性的差異，苯乙烯嵌段組分通過非共價鍵相互作用發生自組裝，并在溶劑揮發過程中驅動嵌段聚合物聚集發生微相分離從而形成連續的聚丙烯酸酯柔性軟相和聚苯乙烯分散的剛性硬相結構。其中，具有低玻璃化轉變溫度(tg)的聚丙烯酸酯連續相可以保證聚合物的柔性。而聚苯乙烯硬相既可作為宏觀交聯劑提高交聯密度，又可以承載軟相傳遞的應力抗斷裂性。即達到具有本征應變硬化力學性能彈性體的制備目的。本彈性體有望用于在可穿戴和可植入傳感器件、軟機器人、人造皮膚以及人機交互系統等領域。
6、所述步驟1中的小分子raft試劑為2-(十二烷硫烷基)硫代?；榛?；。
7、所述步驟2中的丙烯酸酯單體為丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、丙烯酸甲氧基乙酯或丙烯酸-2-乙基己酯。
8、在一種實施方式中，所述步驟1中的raft聚合反應所用溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基亞砜或1，4二氧六環。
9、在一種實施方式中，所述步驟2中的raft聚合反應為乳液聚合，乳液中固相質量分數為20-40％。
10、在一種實施方式中，所述步驟3中的鑄膜液質量濃度為4-6％；所述步驟3中的溶劑揮發時間控制為2-3d；所述步驟3中的退火溫度為70-90℃。
11、在一種實施方式中，所述步驟1具體為：將2-(十二烷硫烷基)硫代?；榛?、引發劑、丙烯酸和溶劑混合，攪拌溶解除氧，80℃下進行反應，反應完成后加入苯乙烯和引發劑，反應結束后分離純化得到macro-raft。
12、所述步驟1中的每次引發劑的添加量為2-(十二烷硫烷基)硫代酰基烷基丙酸的1～5mol％，2-(十二烷硫烷基)硫代?；榛崤c丙烯酸的摩爾比例為1：10-1：20，2-(十二烷硫烷基)硫代?；榛崤c苯乙烯的摩爾比例為1：2-1：6。
13、在一種實施方式中，步驟2具體為：
14、將macro-raft試劑，去離子水，苯乙烯，引發劑過二硫酸鉀，攪拌溶解除氧，密封后70-80℃下進行第一階段反應；
15、第一階段反應完成后，加入丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯，引發劑，去離子水，于40-60℃下進行第二階段反應；
16、第二階段反應完成后，繼續加入苯乙烯，引發劑，去離子水，于40-60℃下進行第三階段反應，沉淀物分離純化得到三嵌段共聚物；
17、第一階段、第二階段、第三階段每次加料確保水溶液中固含量保持為20-40％。
18、所述步驟2中的macro-raft試劑與每一階段引發劑的摩爾比例為100：1-100：5，苯乙烯與丙烯酸酯類單體的質量比例為2：8-4：6；
19、在一種實施方式中，步驟3具體為：將三嵌段共聚物溶解在四氫呋喃溶劑中，且三嵌段共聚物質量濃度為5％，加入導電鋰鹽雙三氟甲基磺酰亞胺鋰，后澆注于平整的硅片上并且室溫緩慢揮發溶劑，上述步驟均在手套箱中操作完成；待溶劑揮發結束后再置于真空烘箱中退火后即可得到具有應變硬化力學特性的導電彈性體。
20、本專利技術的第二個目的是在于提供利用上述方法制備得到的一種仿生應變硬化力學特性的導電彈性體。
21、本專利技術的第三個目的是將上述導電本彈性體應用于可穿戴以及可植入傳感器件、軟機器人、電子皮膚等。
22、有益效果：
23、本專利技術提出采用aba型三嵌段分子鏈構建應變硬化力學特性的彈性體，彈性體的j型應力-應變力學響應使其具有低楊氏模量和高強度的互斥力學性能。該彈性體同時具有低楊氏模量(141kpa)、高強度(2.91mpa)、優異的彈性和強應變增強能力(剛度增強56倍)等力學性能。
24、本專利技術的彈性體材料，由于中間嵌段組分pdeea分子鏈之間沒有非共價相互作用力，彈性體具有較高的回彈性能。
25、本專利技術的彈本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的RAFT聚合反應所用溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基亞砜或1，4二氧六環。
3.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟2中的RAFT聚合反應為乳液聚合，乳液中固相質量分數為20-40％。
4.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟3中的鑄膜液質量濃度為4-6％；
5.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟1具體為：將2-(十二烷硫烷基)硫代?；榛?、引發劑、丙烯酸和溶劑混合，攪拌溶解除氧，70-80℃下進行反應，反應完成后加入苯乙烯和引發劑，反應結束后分離純化得到Macro-RAFT。
6.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟1中每次引發劑的添加量為2-(十二烷硫烷基)硫代
7.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，步驟2具體為：
8.根據權利要求1或7所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟2中的Macro-RAFT試劑與每一階段引發劑的摩爾比例為100：1-100：5，苯乙烯與丙烯酸酯類單體的質量比例為2：8-4：6。
9.權利要求1-8任一項所述方法制得的具有應變硬化力學特性的彈性體。
10.一種含有權利要求1-9所述方法制得的應變硬化力學特性的彈性體應用于傳感、組織工程和軟機器人工程領域。
...【技術特征摘要】
1.一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟1中的raft聚合反應所用溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基亞砜或1，4二氧六環。
3.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟2中的raft聚合反應為乳液聚合，乳液中固相質量分數為20-40％。
4.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟3中的鑄膜液質量濃度為4-6％；
5.根據權利要求1所述的一種仿生應變硬化力學特性彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟1具體為：將2-(十二烷硫烷基)硫代?；榛?、引發劑、丙烯酸和溶劑混合，攪拌溶解除氧，70-80℃下進行反應，反應完成后加入苯乙烯和引發劑，反應結束后分離純化得到macro-raft。
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳明清，崔建兵，施冬健，東為富，倪忠斌，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：
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