一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法技术

一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，它属于自修复材料技术领域，具体涉及了一种高性能自修聚氨酯弹性体的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备的自修复聚氨酯弹性体的修复效率低和力学性能差的问题。一种高性能自修复聚氨酯弹性体的结构式为：方法：一、制备5

【技术实现步骤摘要】
一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术属于自修复材料
，具体涉及了一种高性能自修聚氨酯弹性体的制备方法。

技术介绍

[0002]据目前来看，实际应用中的涂料、柔性电子设备等所使用的聚氨酯弹性体虽然有足够的强度，但不具有修复性能，在实际应用中避免不了会产生划痕、裂纹等，这不但会降低材料的使用寿命及对物体的保护能力，这些无法回收的聚氨酯弹性体还会对环境造成实质性的污染。在人民生活水平不断提高的现代社会，人们不仅在保护环境方面更加重视，还对生活物品的使用要求也有所提高。
[0003]自修复聚氨酯弹性体是一种物体在遭到破坏后可以进行自行修复的一种新型材料，这使自修复聚氨酯材料在一些特殊的领域逐渐取代了普通聚氨酯弹性体，自修复聚氨酯弹性体在涂料、智能执行器、柔性电子等诸多领域有着巨大的影响力。Diels
‑
Alder反应是一种化学键之间的可逆反应，可以实现材料的多次修复性能，即使是断裂的材料也可以进行修复，而且可逆共价键的键能高于氢键等非共价键的键能，可以赋予聚氨酯弹性体较高的强度及热稳定性；氢键的键能虽然较低，但分子链中多重氢键的引入不仅可以提高聚氨酯弹性体的强度，即材料表面产生裂纹，在常温下也可以进行修复，即使断裂的材料也有一定的修复性能。曹建诚等人以对苯基亚甲基双马来酰亚胺和糠醇为反应单体，通过Diels
‑
Alder反应制备光固化自修复聚氨酯，并且在120℃条件下修复1h后，修复效率可以达到85.0％以上(曹建诚,鲁富康,刘敬成,刘仁,袁妍.基于D
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A反应的光固化自修复聚氨酯涂料及其性能研究[J].影像科学与光化学,2018,36(06):489
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497.)；专利CN 108440735 ADiels
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Alder键自修复阻燃聚氨酯弹性体及其制备方法，提供了一种以含呋喃功能基团的二元醇和马来酰亚胺基修饰的六氯环三磷腈阻燃剂的自修复阻燃聚氨酯弹性体；专利CN113831493A一种含有六重分子间氢键的自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，提供了一种以2,6
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二氨基吡啶或2,6
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二氨基吡啶的衍生物为扩链剂的自修复聚氨酯弹性体，该弹性体最大拉伸长度可达2500％以上，但不足的是力学性能差。当前有关在弹性体分子链中同时引入多重氢键和Diels
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Alder键来提高材料修复性能及弹性的研究较少，在关于双动态聚氨酯弹性体自修复的报道并不多见。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是要解决现有方法制备的自修复聚氨酯弹性体的修复效率低和力学性能差的问题，而提供一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法。
[0005]一种高性能自修复聚氨酯弹性体的结构式为：
[0006]所述的X为其中m的取值范围为27≤m≤34；所述的R为：所述的Rm为：；所述的a的取值范围为8≤a≤14，b的取值范围为4≤b≤8。
[0007]一种高性能自修复聚氨酯弹性体的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
[0008]一、制备5
‑
(2羟乙基)
‑6‑
甲基
‑2‑
氨基脲嘧啶：
[0009]将α
‑
乙酰基
‑
γ
‑
丁内酯、碳酸胍和三乙胺加入到含有有机溶剂的三口烧瓶中，再在80℃～100℃下回流反应10h～12h，得到粗产物；使用蒸馏水清洗粗产物，再在80℃下干燥24h，得到5
‑
(2羟乙基)
‑6‑
甲基
‑2‑
氨基脲嘧啶；
[0010]二、制备具有四重氢键的聚氨酯预聚体：
[0011]①
、将聚醚二醇、双官能团异氰酸酯及催化剂加入充满惰性气体气氛保护下的三口烧瓶中，升温至70℃～100℃，在70℃～100℃下搅拌反应2h～4h，得到异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体溶液；
[0012]②
、向异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体溶液中加入5
‑
(2羟乙基)
‑6‑
甲基
‑2‑
氨基脲嘧啶和溶剂，继续在惰性气体保护下搅拌4h～8h，得四重氢键聚氨酯预聚体溶液；
[0013]三、
[0014]①
、在惰性气体的保护下，向异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体溶液中加入糠醇或糠氨，再在70℃～100℃下搅拌1h～4h，然后加入溶剂和4,4
′‑
双马来酰亚胺二苯甲烷，在惰性气体保护下继续搅拌1h～4h，得到含有线型结构的双动态自修复网络的聚氨酯溶液；
[0015]②
、将含有线型结构的双动态自修复网络的聚氨酯溶液倒入聚四氟乙烯模具中，常温下干燥24h～48h，然后在60℃～80℃的干燥箱中干燥24h～48h，得到高性能自修复聚氨酯弹性体。
[0016]本专利技术的原理及有益效果：
[0017]一、本专利技术提出了一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，首先以二异氰酸酯和聚醚二醇反应生成低聚物，再引入具有四重氢键的5
‑
(2羟乙基)
‑6‑
甲基
‑2‑
氨基脲嘧啶(UPy)进行扩链，最后引入D
‑
A化学键反应得自修复聚氨酯弹性体；因非晶聚氨酯弹性体分子链活运动能力强，D
‑
A键可逆性高而具有较好的修复性能，而且多重氢键作用和D
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A共价键的存在使聚氨酯弹性体具有高弹性，高强度；
[0018]二、本专利技术提出了一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，制备工艺简单，原料已实现工业化，不仅具有较高的拉伸率(1957％)，分子间多重氢键的存在，还增加了分子间的作用力，使柔性链段较短，不仅提高了聚氨酯弹性体的强度(6.30MPa)、弹性、热稳定(初始分解温度>240℃)性能等，还减小了聚氨酯弹性体的滞后性，自修复性能优异；
[0019]三、本专利技术提出了一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，制备的聚氨酯
弹性体被拉伸多次反复拉伸后，瞬间恢复性能高于98.0％，将聚氨酯弹性体在常温下修复48h或120℃下修复30min后，进行多次反复拉伸后，瞬间回弹性能均高于97％；
[0020]四、本专利技术提出了一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，将聚氨酯弹性体在常温下修复48h后，可以拉伸至原来的4倍而不断裂而在120℃下修复0.5～2h后，断裂处90％以上修复，修复后的聚氨酯弹性体不仅拉伸率高，力学性能和原聚氨酯弹性体不分伯仲；
[0021]五、本专利技术提出了一种高性能自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，聚氨酯弹性的玻璃化转变温度(Tg)均小于
‑
30℃，所以聚氨酯弹性体即使在低于0℃的环境中也可以保持高弹性。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的高性能自修复聚氨酯弹性体的红外光谱图；
[0023]图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能自修复聚氨酯弹性体，其特征在于一种高性能自修复聚氨酯弹性体的结构式为：所述的X为其中m的取值范围为27≤m≤34；所述的R为：所述的Rm为：所述的Rm为：所述的a的取值范围为8≤a≤14，b的取值范围为4≤b≤8。2.如权利要求1所述的一种高性能自修复聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：一、制备5
‑
(2羟乙基)
‑6‑
甲基
‑2‑
氨基脲嘧啶：将α
‑
乙酰基
‑
γ
‑
丁内酯、碳酸胍和三乙胺加入到含有有机溶剂的三口烧瓶中，再在80℃～100℃下回流反应10h～12h，得到粗产物；使用蒸馏水清洗粗产物，再在80℃下干燥24h，得到5
‑
(2羟乙基)
‑6‑
甲基
‑2‑
氨基脲嘧啶；二、制备具有四重氢键的聚氨酯预聚体：
①
、将聚醚二醇、双官能团异氰酸酯及催化剂加入充满惰性气体气氛保护下的三口烧瓶中，升温至70℃～100℃，在70℃～100℃下搅拌反应2h～4h，得到异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体溶液；
②
、向异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体溶液中加入5
‑
(2羟乙基)
‑6‑
甲基
‑2‑
氨基脲嘧啶和溶剂，继续在惰性气体保护下搅拌4h～8h，得四重氢键聚氨酯预聚体溶液；三、
①
、在惰性气体的保护下，向异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体溶液中加入糠醇或糠氨，再在70℃～100℃下搅拌1h～4h，然后加入溶剂和4,4
′‑
双马来酰亚胺二苯甲烷，在惰性气体保护下继续搅拌1h～4h，得到含有线型结构的双动态自修复网络的聚氨酯溶液；
②
、将含有线型结构的双动态自修复网络的聚氨酯溶液倒入聚四氟乙烯模具中，常温下干燥24h～48h，然后在60℃～80℃的干燥箱中干燥24h～48h，得到高性能自修复聚氨酯弹性体。3.根据权利要求2所述的一种高性能自修复聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于步骤一中所述的α
‑
乙酰基
‑
γ
‑
丁内酯与碳酸胍的摩尔比为(20mmol～30mmol):(10mmol～40mmol)；步骤一中所述的α
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乙酰基
‑
γ
‑
丁内酯的物质的量与三乙胺的体积比为(20mmol～30mmol):(6.5mL～8.3mL)；步骤一中所述的α
‑
乙酰基
‑
γ
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丁内酯的物质的量与有机溶剂的体积比为(20mmol～30mmol):(30mL～52mL)。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓茹，宋迎虎，宋国君，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：