本申请提供一种超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体及其制备方法，涉及材料领域。超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其聚合物链段包括软段和硬段；软段的单体包括聚己内酯二醇，硬段的单体包括己二异氰酸酯和扩链剂，扩链剂包括酰肼类扩链剂中的一种或多种。超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法包括：将聚己内酯二醇、己二异氰酸酯和催化剂在保护气氛下加热进行预聚反应；将扩链剂加入反应体系，进行扩链反应得到超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体。本申请提供的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，兼具超高韧性和优异抗撕裂性能，且可回收和可降解。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及材料领域，尤其涉及一种超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体及其制备方法。
技术介绍
1、弹性体在日常生活中被广泛使用，在满足人们日常生活需求的同时给环境保护带来了严峻的挑战。废弃的弹性体通常是被填埋或者焚烧，这对环境造成了污染和破坏。为了满足需求，下一代弹性体应该可回收、可降解，并具有优异的机械性能，以确保较长的使用寿命。这一类理想的弹性体却十分罕见的，很难在保证可降解和可回收性能的同时赋予弹性体出色的机械性能，然而优异的机械性能是保证弹性体较长使用寿命的必要保障。例如cn114805742b所制备的弹性体尽管确保了材料的可降解性，但弹性体的强度和韧性却低于50mpa和110mj·m-3。cn117164831a公开的可降解材料的强度和韧性也是低于35mpa和150mj·m-3。
2、因此，开发一种兼具超高韧性和优异抗撕裂性能，且可回收和可降解的弹性体，具有非常重要的现实意义。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体及其制备方法，以解决上述问题。
2、为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
3、一种超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其聚合物链段包括软段和硬段；
4、所述软段的单体包括聚己内酯二醇，所述硬段的单体包括己二异氰酸酯和扩链剂，所述扩链剂包括酰肼类扩链剂中的一种或多种。
5、优选地，所述酰肼类扩链剂包括己二酸二酰肼和/或十二烷二酸二酰肼。
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p>6、优选地，所述超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体包括以下结构式中的一种或多种：7、
8、其中，k1、k2、m1、n1、x、m2、n2、y为各自独立的正整数。
9、优化扩链剂中烷基链的长度，有效地实现弹性体增韧的效果，可以获得极高韧性的弹性体。
10、优选地，k1＝1-4、m1+n1＝8-32、x≥20、k2＝1-4、m2+n2＝8-32、y≥20。
11、可选的，k1、k2可以为1、2、3、4或者1-4之间的任一值。
12、本申请还提供一种所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，包括：
13、将聚己内酯二醇、己二异氰酸酯和催化剂在保护气氛下加热进行预聚反应；
14、将所述扩链剂加入反应体系，进行扩链反应得到所述超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体。
15、优选地，所述聚己内酯二醇的分子量为1000-3000。
16、可选的，所述聚己内酯二醇的分子量可以为1000、2000、3000或者1000-3000之间的任一值。
17、优选地，所述聚己内酯二醇使用前在100℃-120℃真空状态下除湿1-2小时。
18、除湿的温度可以为100℃、110℃、120℃或者100℃-120℃之间的任一值，时间可以为1小时、1.5小时、2小时或者1-2小时之间的任一值。
19、优选地，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡；
20、所述催化剂的用量为所述聚己内酯二醇的质量的0.1％-0.5％。
21、可选的，所述催化剂的用量可以为所述聚己内酯二醇的质量的0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或者0.1％-0.5％之间的任一值。
22、优选地，所述己二异氰酸酯和所述催化剂预先用无水二甲基乙酰胺和/或无水n,n-二甲基甲酰胺溶解，然后与所述聚己内酯二醇混合。
23、优选地，超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法满足以下条件中的一个或多个：
24、a.所述己二异氰酸酯与所述聚己内酯二醇的摩尔比为(2-3)：1；
25、可选的，所述己二异氰酸酯与所述聚己内酯二醇的摩尔比可以为2：1、2.5：1、3：1或者(2-3)：1之间的任一值；
26、b.所述预聚反应的温度为70-85℃，时间为2-4h；
27、可选的，所述预聚反应的温度可以为70℃、75℃、80℃、85℃或者70-85℃，时间可以为2h、3h、4h或者2-4h之间的任一值；
28、c.所述扩链剂与所述聚己内酯二醇的摩尔比为(1-2)：1；
29、可选的，所述扩链剂与所述聚己内酯二醇的摩尔比可以为1：1、1.5：1、2：1或者(1-2)：1之间的任一值；
30、d.所述扩链反应的温度为25-45℃，时间为10-18h；
31、可选的，所述扩链反应的温度可以为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或者25-45℃之间的任一值，时间可以为10h、12h、14h、16h、18h或者10-18h之间的任一值；
32、e.所述扩链反应结束后还包括：去除溶剂。
33、与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
34、本申请提供的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，通过设计硬段和软段，选择软段的单体包括聚己内酯二醇、硬段的单体包括己二异氰酸酯和扩链剂，扩链剂包括酰肼类扩链剂。采用了可降解易结晶的聚己内酯二醇作为弹性体主要成分，确保了弹性体的可降解性的同时，应力诱导结晶效应改善了弹性体的韧性和抗撕裂性能。由于酰肼类扩链剂能在聚合物分子量上引入大量氢键供体和受体，所合成的聚氨酯分子内可形成大量氢键，并有效地增韧弹性体，因此所获得的聚氨酯脲弹性体韧性最高可达到430.9mj·m-3，这种超高韧性甚至比世界上发现的最坚韧的蜘蛛丝(约354mj·m-3)还要好得多，同时断裂能最高可达到489.5kj·m-2，是天然橡胶的48倍以上(约10kj·m-2)。扩链剂提供的可逆的多重氢键，实现聚合物链间的物理交联而非化学交联，从而确保了弹性体的可回收性。循环拉伸实验表明，本申请提供的弹性体具有出色的抗疲劳和弹性恢复能力。动态力学分析和热重分析表明本申请提供的弹性体具有出色的热稳定性。溶剂回收实验表明，本申请提供的弹性体具有出色的可回收性，且回收过程不影响材料机械性能。降解实验表明，本申请提供的弹性体在含脂肪酶的水溶液中可快速被降解。
35、本申请提供的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，合成方法简单，效果显著，在保证了弹性体可回收和可降解性能的同时，还赋予弹性体极高的韧性和抗撕裂性能，这些优异的机械性能远高于其它同类的材料。
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【技术保护点】
1.一种超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其特征在于，其聚合物链段包括软段和硬段；
2.根据权利要求1所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其特征在于，所述酰肼类扩链剂包括己二酸二酰肼和/或十二烷二酸二酰肼。
3.根据权利要求1所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其特征在于，包括以下结构式中的一种或多种：
4.根据权利要求1-3任一项所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其特征在于，k1＝1-4、m1+n1＝8-32、x≥20、k2＝1-4、m2+n2＝8-12、y≥20。
5.一种权利要求1-4任一项所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，其特征在于，所述聚己内酯二醇的分子量为1000-3000。
7.根据权利要求5所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，其特征在于，所述聚己内酯二醇使用前在100℃-120℃真空状态下除湿1-2小时。p>
8.根据权利要求5所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡；
9.根据权利要求5所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，其特征在于，所述己二异氰酸酯和所述催化剂预先用无水二甲基乙酰胺和/或无水N,N-二甲基甲酰胺溶解，然后与所述聚己内酯二醇混合。
10.根据权利要求5-9任一项所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：
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【技术特征摘要】
1.一种超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其特征在于，其聚合物链段包括软段和硬段；
2.根据权利要求1所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其特征在于，所述酰肼类扩链剂包括己二酸二酰肼和/或十二烷二酸二酰肼。
3.根据权利要求1所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其特征在于，包括以下结构式中的一种或多种：
4.根据权利要求1-3任一项所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体，其特征在于，k1＝1-4、m1+n1＝8-32、x≥20、k2＝1-4、m2+n2＝8-12、y≥20。
5.一种权利要求1-4任一项所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯脲弹性体的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的超韧抗撕裂可回收和可降解的聚氨酯...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱世平，秦剑亮，朱贺，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：
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