可加热和近红外光控自愈合的聚肟氨酯弹性体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可加热和近红外光控自愈合的聚肟氨酯弹性体的制备方法，其以丁二酮肟、聚四氢呋喃醚二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯为原料进行预聚反应，得到预聚物混合溶液。随后将三聚苯胺（ACAT）加入预聚物混合溶液，通过再次聚合反应有效引入光热活性基团。同时通过调控单体结构和组分配比探究了弹性体的力学性能、光热效应及愈合性质之间的关系，制得一种新型的智能化聚肟氨酯弹性体，并展示了弹性体作为可拉伸和光控愈合电子导体的具体应用。体作为可拉伸和光控愈合电子导体的具体应用。体作为可拉伸和光控愈合电子导体的具体应用。

【技术实现步骤摘要】
可加热和近红外光控自愈合的聚肟氨酯弹性体的制备方法


[0001]本专利技术属于光控自愈合弹性体领域，特别涉及一种加热和近红外光控自愈合的聚肟氨酯弹性体的制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯弹性体在使用过程中，因环境因素损坏（如磨损、撕拉、划擦等）会降低其使用寿命、增大维护成本、限制应用范围。传统上往往通过焊接或修补的方法来修复受损的聚合物，但是这些方法仅限于修复肉眼可见的损伤，而且并不具备即时性，依赖于人为检查。所以随着人们对提高材料可靠性和资源利用效率以及延长材料使用寿命的要求，模仿生命系统能力的自愈合高分子材料成为近年来的一个重要研究领域。自愈合高分子材料能够在损伤后进行自我诊断和修复，这提高了材料的使用寿命和安全性，降低了维护材料的成本，减少了废弃物的产生，体现了可持续发展。因此，经过几十年的发展，自愈合材料已广泛应用于人工肌肉、储能设备、自修复涂层、可穿戴电子设备等领域当中。
[0003]得到自愈合聚合物有两种主要的方法。按照聚合物的修复机理，可以分为外援型自修复和本征型自修复两种方法。第一，外援型自修复将能够储存和释放愈合剂的微胶囊或微流体通过网络分散到高分子材料中，对受损裂纹进行修复。第二，本征型自修复是通过材料本身化学键的重构来实现自愈合，理论上可以实现同一破损处的可重复化学结构重构。可逆的共价键或非共价键被引入到高分子材料中，形成本征型自愈合聚合物。在这两种方法中，本征型自修复聚合物由于没有引入外部材料以及容易实现多重修复而受到越来越多的关注。
[0004]最早人们将Dielsr/>‑
Alder动态键引入聚氨酯体系实现自愈合，但是它通常需要高于100℃的温度。除了热引发，光引发也是构建自修复聚氨酯材料的一种有效手段。在空间和时间上对材料进行加热，光是最受欢迎的方式，并且可以通过调节光强来调节光致升温。目前本征型光愈合聚氨酯弹性体尤其是基于聚氨酯核心结构氨酯键的动态性实现新型材料开发具有重要现实意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题为：如何提供一种可加热和近红外光控自愈合的聚肟氨酯弹性体的制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案为：一种可加热和近红外光控自愈合的聚肟氨酯弹性体的制备方法，以三聚苯胺、丁二酮肟、聚四氢呋喃醚二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯为原料，在氮气保护下经聚合反应即得。
[0007]进一步地，三聚苯胺、丁二酮肟、聚四氢呋喃醚二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯的摩尔比为：（0.2
‑
1）︰（3
‑
3.8）︰4︰9。优选摩尔比为：0.8︰3.2︰4︰9。
[0008]进一步地，步骤如下：（1）将聚四氢呋喃醚二醇加入到反应容器内，升温至（100
‑
120）℃，抽真空并搅拌，
让反应体系处于100
‑
120 ℃、真空状态1.5
‑
3 h；（2）将反应体系冷却到65
‑
75 ℃，在保证氮气的氛围下，除去真空，插上氮气球，将丁二酮肟用有机溶剂溶解后加入到反应容器内，然后向反应容器内缓慢加入二苯基甲烷二异氰酸酯，加完原料并使整个反应体系混合均匀后，使整个反应体系在65
‑
75 ℃、氮气氛围的稳定条件下预聚2
‑
3 h；（3）将单体三聚苯胺用有机溶剂溶解后加入反应体系中，使整个反应体系在65
‑
75 ℃、氮气氛围的条件下反应20
‑
24 h；（4）将反应产物溶液逐滴加入到含有过量乙醚的容器中，并不断搅拌，获得黑色聚合物；（5）将聚合物置于真空干燥箱中，在45
‑
55 ℃条件下，抽真空交联20
‑
24 h，即得。
[0009]更进一步地，步骤如下：（1）将聚四氢呋喃醚二醇加入到反应容器内，升温至110 ℃，抽真空并搅拌，让反应体系处于110 ℃、真空状态2 h；（2）将反应体系冷却到70 ℃，在保证氮气的氛围下，除去真空，插上氮气球，将丁二酮肟用有机溶剂溶解后加入到反应容器内，然后向反应容器内缓慢加入二苯基甲烷二异氰酸酯，加完原料并使整个反应体系混合均匀后，使整个反应体系在70 ℃、氮气氛围的稳定条件下预聚2 h；（3）将单体三聚苯胺用有机溶剂溶解后加入反应体系中，使整个反应体系在70 ℃、氮气氛围的条件下反应24 h；（4）将反应产物溶液逐滴加入到含有过量乙醚的容器中，并不断搅拌，获得黑色聚合物；（5）将聚合物置于真空干燥箱中，在50 ℃条件下，抽真空交联24 h，即得。
[0010]进一步地，所述步骤（1）中的有机溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺。
[0011]本专利技术将具有光热效应的三聚苯胺（ACAT）引入到含丁二酮肟的聚氨酯体系，并通过调控组分配比制得了一系列不同的光愈合聚氨酯弹性体。体系形成了交联的聚合物（PDMA），这提高了聚合物材料的力学性能。聚合物PDMA
‑
2在100 ℃愈合2 h，材料的拉伸强度与断裂伸长率分别恢复到初始的40.71
ꢀ±ꢀ
1.60%，25.60
ꢀ±ꢀ
8.91%。研究了PDMA的光控自愈合性能，在用近红外光照射材料断裂口处3 min后，拉伸强度回复到原来的56.36
ꢀ±ꢀ
2.25%，断裂伸长率回复到83.34
ꢀ±ꢀ
2.10%。对比加热和光控自愈合结果，可清晰发现聚合物PDMA
‑
2在3 min近红外光照射下的愈合性更好。通过对比高温加热材料和光控促使材料升温，光控自愈合不用对材料整体进行加热，因为高温加热时间过久，这会降低材料的整体性能。基于光控自愈合的优点，制备了可拉伸和光控愈合的电子导体作为聚合物的具体应用。
[0012]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术将三聚苯胺、丁二酮肟、聚四氢呋喃二醇与二苯基甲烷二异氰酸酯反应，研制了具有近红外光热效应的光愈合动态肟氨酯弹性体。同时通过调控单体结构和组分配比探究了弹性体的力学性能、光热效应及愈合性质之间的关系，制得一种新型的智能化聚氨酯弹性体。
附图说明
[0013]图1为不同比例的PDMA聚合物的衰减全反射
‑
傅立叶红外光谱（ATR
‑
FTIR）表征结果；图2为聚肟氨酯弹性体的光热性能表征；图3为不同比例的PDMA聚合物的力学性能表征；图4 为聚肟氨酯弹性体在不同温度条件下的愈合表征；图5 为聚肟氨酯弹性体在不同光照条件下的愈合表征。
具体实施方式
[0014]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。
[0015]（1）聚肟氨酯弹性体的合成实施例1将聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）加入到三颈烧瓶中，升温至110 ℃，开始抽真空，开动搅拌器。让整个体系处于110 ℃、真空状态2 h，可以充分除去聚四氢呋喃醚二醇中的吸附水。将反应体系冷却到70 ℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可加热和近红外光控自愈合的聚肟氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，以三聚苯胺、丁二酮肟、聚四氢呋喃醚二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯为原料，在氮气保护下经聚合反应即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，三聚苯胺、丁二酮肟、聚四氢呋喃醚二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯的摩尔比为：（0.2
‑
1）︰（3
‑
3.8）︰4︰9。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，三聚苯胺、丁二酮肟、聚四氢呋喃醚二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯的优选摩尔比为：0.8︰3.2︰4︰9。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将聚四氢呋喃醚二醇加入到反应容器内，升温至（100
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120）℃，抽真空并搅拌，让反应体系处于100
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120 ℃、真空状态1.5
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3 h；（2）将反应体系冷却到65
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75 ℃，在保证氮气的氛围下，除去真空，插上氮气球，将丁二酮肟用有机溶剂溶解后加入到反应容器内，然后向反应容器内缓慢加入二苯基甲烷二异氰酸酯，加完原料并使整个反应体系混合均匀后，使整个反应体系在65
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75 ℃、氮气氛围的稳定条件下预聚2
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3 h；（3）将单体三聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨义，童霞，游正伟，轩慧霞，罗根，徐袁利，安辛妮，颜杰，曾继蛟，郑玉彬，孙文刚，陆文杰，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：