一种自修复聚氨酯材料及其制备方法技术

本申请属于聚氨酯材料领域，提供了一种自修复聚氨酯材料及其制备方法。本申请采用分步制备的方法，先得到含二硫键大分子二元醇，再以含二硫键大分子二元醇为原料制备含二硫键的聚氨酯溶液，同时以常规大分子二元醇为原料制备硬段聚氨酯溶液，最后将两种聚氨酯溶液按照一定比例混合浇注得到力学性优秀的自修复聚氨酯材料。本申请提供的自修复聚氨酯材料能够应用于柔性电子器件，对建设资源节约型和环境友好性社会以及人类可持续发展具有重要意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种自修复聚氨酯材料及其制备方法


[0001]本申请涉及聚氨酯材料领域，尤其涉及一种自修复聚氨酯材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯材料具有良好的柔弹性，因此可用于柔性电子器件、生物医疗设备等高附加值的工业产品中，并且具有重要作用。
[0003]聚氨酯是一种类似于橡胶具有良好弹性的材料。这一类材料一般呈现热固性，即在变成固体后不具备在溶剂中溶解的功能以及施加一定压力进行加工的能力。在日常生活中，聚氨酯材料会不可避免的因某些因素而发生物理损伤，导致被损伤的地方很容易被撕裂或者永久失效，最终导致了聚氨酯材料的可利用率降低，使用期限减少，维修成本增加等一系列问题。这不仅造成极大的资源浪费，也会对环境造成严重污染。因此制备一种具有抗撕裂能力、自修复能力、可循环利用的聚氨酯材料至关重要，这不仅可以显著提高聚氨酯材料的使用寿命以及可循环利用的能力，而且对于建设资源节约型和环境友好型社会以及实现人类可持续发展具有十分重要的意义。
[0004]自修复聚合物主要包括两大类，一类是非本征型自修复聚合物，另一类是本征型自修复聚合物。其中非本征型自修复聚合物是将具有修复能力的材料包裹在微胶囊中，再将其混入到聚合物基体中，当聚氨酯材料受到外界损伤时，聚合物基体中的微胶囊破裂导致具有修复能力的材料流出，从而达到了修复的目的。
[0005]本征型自修复聚合物主要是依靠聚合物链中的动态键重构来完成自修复。当材料受到损伤时，分子链中的动态键重新连接从而完成自修复，因此本征型自修复聚合物具有可多次进行自修复的优点。<br/>[0006]但要如何制备一种力学性能好，自修复效率高的聚氨酯材料，成为了现在需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本申请的目的之一是为了提供一种自修复聚氨酯材料的制备方法，包含如下步骤：
[0008](1.1)在保护气氛下，将环状酯单体、二羟基二硫化物、催化剂混合后进行反应，得到含二硫键大分子二元醇；
[0009](1.2)在保护气氛下，将含二硫键大分子二元醇、二异氰酸酯化合物、催化剂和溶剂混合后进行反应，得到预聚体溶液a；
[0010](1.3)向预聚体溶液a中加入扩链剂继续进行反应，得到含二硫键聚氨酯溶液；
[0011](2.1)在保护气氛下，将大分子二元醇、溶剂、二异氰酸酯化合物和催化剂混合后进行反应，得到预聚体溶液b；
[0012](2.2)向预聚体溶液b中加入扩链剂继续进行反应，得到硬段聚氨酯溶液；
[0013](3)将含二硫键聚氨酯溶液与硬段聚氨酯溶液混合后依次进行第一次干燥和第二
次干燥，制得固体状态的自修复聚氨酯材料。
[0014]进一步地，步骤(1.1)中：
[0015]所述反应温度为100～140℃，反应时间为5～7h；
[0016]所述环状酯单体为己内酯、丙交酯、戊内酯和四氢呋喃中的一种或两种；
[0017]所述二羟基二硫化合物为二硫二乙醇、二硫二丙醇中的一种或两种；
[0018]所述催化剂为醋酸锌、异辛酸锡、异丙氧基铝、四氯化锡中的一种或多种；
[0019]所述二羟基二硫化物用量为环状酯单体质量的0.2～0.4％；
[0020]所述催化剂用量为环状酯单体质量的0.01～0.2％；
[0021]所述含二硫键大分子二元醇的分子量为1000～7000。
[0022]进一步地，步骤(1.2)中：
[0023]所述反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为150～250r/min，反应温度为60～90℃，反应时间为1～2h；
[0024]所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙胺、双二甲胺基乙基醚、N
‑
乙基吗啉、三亚乙基二胺中的一种或几种；
[0025]所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基乙酰胺、1,4
‑
二氧六环、甲苯、丁酮、二氯甲烷、氯仿中的一种或几种；
[0026]所述二异氰酸酯化合物为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环已基甲烷二异氰酸酯、已二异氰酸酯、甲基环已基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯中的一种或多种；
[0027]所述催化剂用量为二异氰酸酯化合物质量的0.01～0.2％；
[0028]所述溶剂与二异氰酸酯化合物的质量摩尔比为7.6～7.8g:3～3.5mmol。
[0029]进一步地，步骤(1.3)中：
[0030]所述反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为150～250r/min，反应温度为60～90℃，反应时间为2～3h；
[0031]所述扩链剂为1,4
‑
丁二醇、1,6
‑
己二醇、1,2
‑
亚乙基二醇、1,3
‑
丙二醇中的一种或多种；
[0032]所述环状酯单体、二异氰酸酯化合物、扩链剂三者的摩尔比为2～2.5:3～3.5:1.3～1.35。
[0033]进一步地，步骤(2.1)中：
[0034]所述反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为150～250r/min，反应温度为60～90℃，反应时间为1～2h；
[0035]所述大分子二元醇为聚四氢呋喃、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或两种；
[0036]所述大分子二元醇的分子量为1000～3000；
[0037]所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙胺、双二甲胺基乙基醚、N
‑
乙基吗啉、三亚乙基二胺中的一种或几种；
[0038]所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基乙酰胺、1,4
‑
二氧六环、甲苯、丁酮、二氯甲烷、氯仿中的一种或几种；
[0039]所述二异氰酸酯化合物为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环已基甲烷二异氰酸酯、已二异氰酸酯、甲基环已基二异氰酸酯、苯二亚甲基
二异氰酸酯、萘二异氰酸酯中的一种或多种；
[0040]所述催化剂用量为大分子二元醇质量的0.01～0.2％；
[0041]所述溶剂与二异氰酸酯化合物的质量摩尔比为5.3～5.5g:3～3.5mmol。
[0042]进一步地，步骤(2.2)中：
[0043]所述反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为150～250r/min，反应温度为60～90℃，反应时间为2～3h；
[0044]所述扩链剂为1,4
‑
丁二醇、1,6
‑
己二醇、1,2
‑
亚乙基二醇、1,3
‑
丙二醇中的一种或多种；
[0045]所述大分子二元醇、二异氰酸酯化合物、扩链剂三者的摩尔比为0.7～0.8:3～3.5:6.64～6.69。
[0046]进一步地，步骤(3)中：
[0047]所述含二硫键聚氨酯溶液与硬段聚氨酯溶液的质量比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自修复聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：(1.1)在保护气氛下，将环状酯单体、二羟基二硫化物、催化剂混合后进行反应，得到含二硫键大分子二元醇；(1.2)在保护气氛下，将含二硫键大分子二元醇、二异氰酸酯化合物、催化剂和溶剂混合后进行反应，得到预聚体溶液a；(1.3)向预聚体溶液a中加入扩链剂继续进行反应，得到含二硫键聚氨酯溶液；(2.1)在保护气氛下，将大分子二元醇、溶剂、二异氰酸酯化合物和催化剂混合后进行反应，得到预聚体溶液b；(2.2)向预聚体溶液b中加入扩链剂继续进行反应，得到硬段聚氨酯溶液；(3)将含二硫键聚氨酯溶液与硬段聚氨酯溶液混合后依次进行第一次干燥和第二次干燥，制得固体状态的自修复聚氨酯材料。2.根据权利要求1所述的自修复聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1.1)中反应温度为100～140℃，反应时间为5～7h；所述环状酯单体为己内酯、丙交酯、戊内酯和四氢呋喃中的一种或两种；所述二羟基二硫化合物为二硫二乙醇、二硫二丙醇中的一种或两种；所述催化剂为醋酸锌、异辛酸锡、异丙氧基铝、四氯化锡中的一种或多种；所述二羟基二硫化物用量为环状酯单体质量的0.2～0.4％；所述催化剂用量为环状酯单体质量的0.01～0.2％；所述含二硫键大分子二元醇的分子量为1000～7000。3.根据权利要求2所述的自修复聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1.2)中反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为150～250r/min，反应温度为60～90℃，反应时间为1～2h；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙胺、双二甲胺基乙基醚、N
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乙基吗啉、三亚乙基二胺中的一种或几种；所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N,N
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二甲基乙酰胺、1,4
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二氧六环、甲苯、丁酮、二氯甲烷、氯仿中的一种或几种；所述二异氰酸酯化合物为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环已基甲烷二异氰酸酯、已二异氰酸酯、甲基环已基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯中的一种或多种；所述催化剂用量为二异氰酸酯化合物质量的0.01～0.2％；所述溶剂与二异氰酸酯化合物的质量摩尔比为7.6～7.8g:3～3.5mmol。4.根据权利要求2或3所述的自修复聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1.3)中反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为150～250r/min，反应温度为60～90℃，反应时间为2～3h；所述扩链剂为1,4

【专利技术属性】
技术研发人员：邓煜东，闫磊，
申请(专利权)人：江苏富琪森新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：