一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于机械化学传导材料技术领域，具体涉及一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料及其制备方法。通过采用以低聚物二元醇，二异氰酸酯以及六芳基联咪唑类分子为原料制备得到以六芳基联咪唑为变色单元的拉伸变色聚氨酯弹性体材料，该聚氨酯弹性体对机械力响应灵敏，其变色程度与所施加的应力成正比，应力越大，变色越明显。本发明专利技术制备的聚氨酯弹性体材料为线性结构，主链上含六芳基联咪唑，聚氨酯材料受应力发生应变的过程，应力会顺着主链向六芳基联咪唑上传导，最终致使六芳基联咪唑两个咪唑环之间C‑N键的断裂，形成颜色区别于六芳基联咪唑的三苯基咪唑自由基，撤出应力，聚氨酯材料恢复至初始无颜色状态，此过程可逆。

【技术实现步骤摘要】
一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料及其制备方法
本专利技术属于机械化学传导材料
，具体涉及一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料及其制备方法。
技术介绍
拉伸变色聚氨酯弹性体材料属于机械响应性聚合物的范畴，机械响应性聚合物是一个新兴的研究领域，是可感知和回应环境刺激的“智能”材料。简单的说，是被施加了机械力后，发生化学反应的聚合材料。其发出的信号可以变色，而这缘于内部一种特殊成分的化学键断裂后引发的化学反应。当机械响应聚合物材料受到外力的作用时，它会改变颜色。材料自身对周围环境变化做出反应的这种能力有助于损害检测和灾难性故障预防中的许多潜在应用。本领域的重中之重则是发现和开发出具有机械响应的变色分子开关，而现有技术开发和发现的具有机械响应的变色分子开关并不是很多，相应的机械响应变色材料的可选范围也很窄。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料及其制备方法，其目的在于通过采用以低聚物二元醇，二异氰酸酯以及六芳基联咪唑类分子为原料制备得到以六芳基联咪唑为变色单元的拉伸变色聚氨酯弹性体材料，该聚氨酯弹性体对机械力响应灵敏，其变色程度与所施加的应力成正比，应力越大，变色越明显。通过对六芳基联咪唑进行不同程度的分子设计和修饰，以其为基础设计得到的聚氨酯弹性体材料在应力下会呈现出不同的颜色改变，由此提供了一种新的具有机械响应的变色分子以及以其为变色单元的机械响应变色材料，解决现有技术缺乏具有机械响应的变色分子以及机械响应变色的可选材料的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种六芳基联咪唑类分子的应用，其特征在于，应用于制备机械力响应变色材料。优选地，应用于制备拉伸变色聚氨酯弹性体材料。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料，所述聚氨酯弹性体材料结构式中包含下式(一)所示的重复单元：式(一)中，R为六芳基联咪唑基团，X与Y为各自独立的二异氰酸酯基，n为低聚物二元醇的聚合度，n为650～3000。优选地，所述X为二苯基甲烷二异氰酸酯，Y为六亚甲基二异氰酸酯。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料的制备方法，由包含以下组分的原料制得：低聚物二元醇，二异氰酸酯以及六芳基联咪唑类分子，所述六芳基联咪唑类分子为以六芳基联咪唑为分子主体而修饰设计得到的带羟基官能团的分子开关，所述六芳基联咪唑具有如式(二)所示的结构：优选地，所述六芳基联咪唑类分子具有如式(三)至式(八)任一项所示的结构：式(三)至式(八)中的R为含有1个或2个羟基的烷基。优选地，式(三)至式(八)中的R为-(CH2)2OH或-CH2CHOHCH2OH。优选地，所述低聚物二元醇为聚醚型二元醇。优选地，所述聚醚型二元醇为聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)。优选地，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。优选地，所述的制备方法，包括如下步骤：(1)在遮光条件以及惰性气体保护环境下，将二异氰酸酯A的有机溶液滴加至六芳基联咪唑类分子的有机溶液中并同时进行搅拌，反应得到预聚体；所述六芳基联咪唑类分子的有机溶液中六芳基联咪唑类分子的浓度不高于0.0075mol/L；所述二异氰酸酯A的有机溶液中二异氰酸酯A的浓度不高于0.075mol/L；(2)将所述预聚体与干燥的低聚物二元醇混合，在不高于70℃条件下搅拌反应2～3小时，得到初步聚合物；(3)将步骤(2)获得的初步聚合物冷却后加入二异氰酸酯B搅匀，脱气，脱除溶剂，真空条件下，在不高于70℃条件下继续反应24～48小时，使其固化成型；其中，步骤(1)所述二异氰酸酯A与步骤(3)所述二异氰酸酯B活性不同，且步骤(1)所述二异氰酸酯A的活性高于步骤(3)所述二异氰酸酯B的活性。优选地，步骤(1)配制所述有机溶液采用的溶剂为无水四氢呋喃。优选地，步骤(1)反应过程中还需加入催化剂，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL)。优选地，步骤(1)反应温度为25℃～70℃，反应时间为1小时以上。优选地，步骤(1)所述六芳基联咪唑类分子与所述二异氰酸酯的摩尔比不低于1:2。优选地，步骤(1)所述二异氰酸酯A为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，步骤(3)所述二异氰酸酯B为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。(1)本专利技术提出六芳基联咪唑类分子具有机械力响应变色的性质，并提供了一种六芳基联咪唑类分子的应用，应用于制备机械力响应变色材料，尤其是制备拉伸变色聚氨酯弹性体材料。(2)本专利技术提供了一种以六芳基联咪唑为变色单元的拉伸变色聚氨酯弹性体材料，该聚氨酯弹性体对机械力响应灵敏，其变色程度与所施加的应力成正比，应力越大，变色越明显。通过对六芳基联咪唑进行不同程度的分子设计和修饰，以其为基础设计得到的聚氨酯弹性体材料在应力下会呈现出不同的颜色改变。(3)本专利技术的拉伸变色聚氨酯弹性体材料由含有低聚物二元醇，二异氰酸酯以及六芳基联咪唑类分子的原料合成制得，其中六芳基联咪唑类分子为以六芳基联咪唑为分子主体而修饰设计得到的带羟基官能团的分子；首先让六芳基联咪唑类分子与二异氰酸酯发生反应生成预聚体，而后让预聚体与低聚物二元醇反应，反应以后再次与二异氰酸酯进一步聚合，最终得到本专利技术的以六芳基联咪唑为变色单元的拉伸变色聚氨酯弹性体材料。制备方法简单可控。(4)本专利技术拉伸变色聚氨酯弹性体材料的制备过程，需要严格控制反应条件及工艺参数，包括惰性气体环境、避光以及适宜的反应温度、物料配比和浓度的选择，否则不能得到本专利技术所述的具有良好拉伸变色效果的聚氨酯弹性体材料，各步骤协同合作，构成了一套完整不可分割的技术方案。(5)本专利技术制备的聚氨酯弹性体材料为线性结构，主链上含六芳基联咪唑，聚氨酯材料受应力发生应变的过程，应力会顺着主链向六芳基联咪唑上传导，最终致使六芳基联咪唑两个咪唑环之间C-N键的断裂，形成颜色区别于六芳基联咪唑的三苯基咪唑自由基(TPIR)，撤出应力，聚氨酯材料恢复至初始无颜色状态，此过程可逆。(6)本专利技术制备的拉伸变色聚氨酯材料在应力作用下变色敏感，一方面取决于六芳基联咪唑本身对机械力的敏感性，另一方面，也归功于本专利技术拉伸变色聚氨酯材料的制备方法。(7)本专利技术制备得到的拉伸变色聚氨酯材料为聚氨酯弹性体材料，由于其主链上含有大量的氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)，使得分子链间较容易形成氢键，再加上聚氨酯材料本身所具有的微相分离结构，赋予了聚氨酯弹性体材料优异的物理和机械性能，本方法制备的聚氨酯材料通过拉伸测试，在保证材料不断裂的前提下，其应变高达400％，释放应力恢复到初始长度，说明其具有优异的抗张强度及回弹性。附图说明图1是实施例1中以2,2’-二乙醇烷氧基六芳基联咪唑分子为原料合成六芳基联咪唑嵌段的聚氨酯弹性体拉伸变色材料的合成路线图；图2为实施例1中2,2’-二乙醇烷氧基六芳基联咪唑分子的核磁氢谱图。图3为实施例2中4,4’-二乙醇烷氧基六芳基联咪唑嵌分子的核磁氢谱图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六芳基联咪唑类分子的应用，其特征在于，应用于制备机械力响应变色材料。

【技术特征摘要】
1.一种六芳基联咪唑类分子的应用，其特征在于，应用于制备机械力响应变色材料。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，应用于制备拉伸变色聚氨酯弹性体材料。3.一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述聚氨酯弹性体材料结构式中包含下式(一)所示的重复单元：式(一)中，R为六芳基联咪唑分子基团，X与Y为各自独立的二异氰酸酯基，n为低聚物二元醇的聚合度，n为650～3000。4.如权利要求3所述的拉伸变色聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述X为二苯基甲烷二异氰酸酯基，Y为六亚甲基二异氰酸酯基。5.一种拉伸变色聚氨酯弹性体材料的制备方法，其特征在于，由包含以下组分的原料制得：低聚物二元醇，二异氰酸酯以及六芳基联咪唑类分子，所述六芳基联咪唑类分子为以六芳基联咪唑为分子主体而修饰设计得到的带羟基官能团的分子。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述六芳基联咪唑类分子具有如式(三)至式(八)任一项所示的结构：式(三)至式(八)中的R为含有1个或2个羟基的烷基，优选为-(CH2)2OH或-CH2CHOHCH2OH。7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述低聚物二元醇为聚醚型二元醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明强，向诗力，龚文亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42