本发明专利技术提供了一种耐热羟丙基封端PDMS室温快速自修复弹性体，它是由羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂为原料制备而成；其中，所述扩链剂为双羟基二硫化物。本发明专利技术赋予柔性耐热材料的室温快速自修复功能，材料在室温下就能快速完成自修复，且修复效率很高，同时具有良好的热稳定性，可实现材料的免维护特性，有效提高可靠性、延长使用服役寿命，填补了这一领域的空白。本发明专利技术自修复弹性体使用性能稳定、使用范围广、使用寿命长，可应用于各类弹性体、涂层材料、灌封材料以及粘接剂等体系，尤其是应用于高温环境或具有耐热抗烧蚀要求的外防护涂层及柔性制件材料，如飞行器防热涂层，其具有免维护、高可靠等优势，应用前景优良。
A heat resistant hydroxypropyl terminated PDMS room temperature fast self repairing elastomer and its preparation method and Application
【技术实现步骤摘要】
一种耐热羟丙基封端PDMS室温快速自修复弹性体及其制备方法和用途
本专利技术属于智能高分子材料领域，具体涉及一种耐热羟丙基封端PDMS室温快速自修复弹性体及其制备方法和用途。
技术介绍
防热材料在航天飞行器中具有不可替代的关键作用，随着航天飞行器飞行速度不断提高，气动热环境越来越恶劣，有效的外防热层可在飞行器面对剧烈的气动加热时为其提供足够的保护，确保飞行安全。然而，防热层仅仅具有防热性能仍然存在无法有效避免风险，其中，防热层的裂纹是航天飞行器飞行安全的重大隐患和致命威胁，因此，保持防热层的结构完整性至关重要。当前，具有柔性结构特征的耐热涂层越来越重要，柔性材料由于其自身长期受到静态或动态拉伸、挤压、剪切、扭转等机械作用，更容易产生微裂纹，裂纹等缺陷的存在是防热结构的重大安全隐患，因此，对柔性防热材料进行改性，使其能够维持结构的完整性具有裂纹自动愈合功能，赋予防热材料自修复功能从而延长使用寿命和降低维护费用具有非常重要的意义。自修复材料是一种在物体受损时能够进行自我修复的新型材料。自修复的目的是使材料在裂纹形成初期阻止裂纹继续扩展，或在材料破坏后能够自动弥合，恢复材料初始结构和性能，从而提高材料应用可靠性、拓展使用范围和延长使用寿命。其中，室温自修复材料由于具有修复条件的便捷性和温和型，从而在实际应用中，尤其是防护材料的自维护等方面具有重要价值。如果通过改性赋予防热材料自修复功能，在材料出现裂纹和局部破坏时自动修复，将使飞行器的安全性和可靠性大幅提高，延长服役寿命，研发柔性防热自修复材料具有重要意义。然而，现有大部分自修复材料用于人工皮肤，传感器，医用材料，汽车涂料等使用温度较温和的领域，用于耐热材料领域的研究非常少。目前自修复材料按修复类型划分主要包括外援型自修复材料和本征型自修复材料。外援型自修复材料是指在材料基体中通过引入外加组分如含有修复剂体系的微胶囊、碳纳米管、微脉管或玻璃纤维等实现自修复功能，该方法需将各种修复剂体系预先包埋，然后添加到基体中，材料受损时，在外界刺激(力、pH值、温度等)作用下导致损伤区域的修复剂释放，从而实现自修复。本征型自修复材料是不需外加修复体系，而是材料本身含有特殊的化学键或其它物理化学性质如可逆共价键、非共价键、分子扩散等实现自修复功能。该方法不依赖于修复剂，省去了预先修复剂包埋技术等复杂步骤，在同一破损部位可实现多次可重复修复，且对基体性能影响小，但对材料分子结构设计是该方法面临的最大挑战，目前已成为研究重点。比如，WuX等人(Heat-triggeredpoly(siloxane-urethane)sbasedondisulfidebondsforself-healingapplication[J].JournalofAppliedPolymerScience,2018,135(31):46532.)通过两步法，将HDI二异氰酸酯和氨丙基封端的PDMS形成预聚物，随后添加脂肪族二硫化物作为扩链剂来合成具有可逆二硫键自修复弹性体。该弹性体在60℃条件下修复12h，可达到40％的修复效率；在90℃，修复12h，可修复90％；在120℃，修复3h，修复效率达到90-97％。但自修复条件仍需加热，未能实现室温自修复。同时，该文献未考虑材料的耐热性能，无法满足航天耐热材料的需求。又如，杨一林等人(热可逆自修复聚氨酯弹性体的制备及表征[J].材料工程,2017,45(8).)，采用六亚乙基二异氰酸酯(HDI)三聚体作交联剂，4,4-二氨基二苯二硫醚(AFD)作扩链剂，将可逆双硫键引入聚酯型聚氨酯弹性体中。该自修复聚氨酯弹性体拉伸强度为7.7MPa，在60℃，修复时间为24h的条件下，拉伸强度的自修复效率为97.4％。但该自修复聚氨酯弹性体自修复条件也需要加热，仍然未实现室温自修复。同时，该文献也未考虑材料的耐热性能，无法满足航天耐热材料的需求。根据现有文献检索，尚未有关于柔性耐热材料的室温快速自修复研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐热羟丙基封端PDMS室温快速自修复弹性体及其制备方法和用途。本专利技术提供了一种耐热羟丙基封端PDMS室温快速自修复弹性体，它是由羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂为原料制备而成；其中，所述羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为(1～10):(20～35):(10～25)；所述扩链剂为含有可逆二硫键的脂肪族或芳香族双羟基二硫化物。进一步地，所述羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为10:(21～31.5):(10～20)。进一步地，所述羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为10:23.625:12.5。进一步地，所述异氰酸酯为二元异氰酸酯，优选为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4,4'二环己基甲烷二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯；和/或，所述扩链剂为4,4’-二羟基二苯二硫醚。本专利技术还提供了一种前述的自修复弹性体的制备方法，它包括如下步骤：(1)预聚物的合成：在羟丙基封端聚二甲基硅氧烷和异氰酸酯中加入催化量的催化剂，反应，得预聚物；(2)扩链反应：将扩链剂溶解于有机溶剂中，加入预聚物中，反应，得反应溶液；(3)将反应溶液倒入模具中，固化，即得。进一步地，步骤(1)中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；和/或，步骤(2)中，所述有机溶剂为二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺。进一步地，步骤(2)中，所述含扩链剂的有机溶剂加入预聚物的方法为滴加；和/或，步骤(2)中，所述反应溶液用二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺配制成扩链反应得到的聚合物浓度为30％的反应溶液。进一步地，步骤(1)中，所述反应为60-100℃通氩气搅拌1-6h；和/或，步骤(2)中，所述反应为20-60℃反应2-4h；和/或，步骤(3)中，所述固化为90℃保持真空12h，除去残余溶剂；优选地，步骤(1)中，所述反应为80℃通氩气搅拌3h；和/或，步骤(2)中，所述反应为60℃反应2h。本专利技术还提供了前述的自修复弹性体在制备耐热室温自修复材料中的用途。进一步地，所述耐热室温自修复材料为弹性体、涂层、灌封材料或者粘接剂；或，所述耐热室温自修复材料为应用于高温环境或具有耐热抗烧蚀要求的外防护涂层及柔性制件材料，优选地，所述耐热室温自修复材料为飞行器外部涂层。本专利技术赋予柔性耐热材料的室温快速自修复功能，材料在室温下就能快速完成自修复，且修复效率很高，同时具有良好的热稳定性，可实现材料的免维护特性，有效提高可靠性、延长使用服役寿命，填补了这一领域的空白。本专利技术自修复弹性体使用性能稳定、使用范围广、使用寿命长，可应用于各类弹性体、涂层材料、灌封材料以及粘接剂等体系，尤其是应用于高温环境或具有耐热抗烧蚀要求的外防护涂层及柔性制件材料，如飞行器防热涂层，其具有免维护、高可靠等优势，应用前景优良。显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐热羟丙基封端PDMS室温快速自修复弹性体，其特征在于：它是由羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂为原料制备而成；其中，所述羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为(1～10):(20～35):(10～25)；所述扩链剂为含有可逆二硫键的脂肪族或芳香族双羟基二硫化物。/n
【技术特征摘要】
1.一种耐热羟丙基封端PDMS室温快速自修复弹性体，其特征在于：它是由羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂为原料制备而成；其中，所述羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为(1～10):(20～35):(10～25)；所述扩链剂为含有可逆二硫键的脂肪族或芳香族双羟基二硫化物。
2.根据权利要求1所述的自修复弹性体，其特征在于：所述羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为10:(21～31.5):(10～20)。
3.根据权利要求2所述的自修复弹性体，其特征在于：所述羟丙基封端聚二甲基硅氧烷、异氰酸酯和扩链剂的摩尔比为10:23.625:12.5。
4.根据权利要求1～3任一项所述的自修复弹性体，其特征在于：所述异氰酸酯为二元异氰酸酯，优选为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4,4'二环己基甲烷二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯；和/或，所述扩链剂为4,4’-二羟基二苯二硫醚。
5.一种权利要求1～4任一项所述的自修复弹性体的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)预聚物的合成：在羟丙基封端聚二甲基硅氧烷和异氰酸酯中加入催化量的催化剂，反应，得预聚物；
(2)扩链反应：将扩链剂溶解于有机溶剂中，加入预聚物中，反应，得反应溶液；
(3)将反应溶液倒入模具中，固化...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹华维，蔡源博，陈洋，梁梅，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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