一种高自愈合能力的水性聚氨酯及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高自愈合能力的水性聚氨酯及其应用，涉及水性聚氨酯材料技术领域，由于本发明专利技术所述水性聚氨酯中引入2,2,3,3,4,4

【技术实现步骤摘要】
一种高自愈合能力的水性聚氨酯及其应用

：
[0001]本专利技术涉及水性聚氨酯材料
，具体涉及一种高自愈合能力的水性聚氨酯及其应用。

技术介绍
：
[0002]随着智能可穿戴设备、软体机器人皮肤的需求越来越高，研发人体皮肤性能相似材料的市场越来越急切。不过目前国内外很多研究机构均着重开发硅橡胶及热塑性弹性体等材料，但是该类材料不仅触感不佳，而且其均没有亲水能力，该类材料制成的皮肤极易在潮湿环境下失真；国内外科研机构也着重研究具有自愈合性能的人工皮肤，但是很多材料需要在高温下自愈合，或者需要经历很长时间才能自愈合，这些材料自愈合效率都比较低。因此，开发具有亲水性能且高自愈合能力的材料将非常契合人工皮肤的要求。

技术实现思路
：
[0003]鉴于国内外未开发出高自愈合能力且具有亲水性能的材料，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种高自愈合能力的水性聚氨酯，该材料具有高效的自愈合能力，亲水性能优异，环保性能好，耐热性能好，并具有接近人体皮肤的触感，因此该材料在人工皮肤、软体机器人、可穿戴设备及假肢表皮等方面具有广阔的应用前景。
[0004]本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
[0005]本专利技术提供了一种高自愈合能力的水性聚氨酯，是由异氰酸酯、大分子多元醇、有机硅聚醚多元醇、亲水扩链剂、含氟扩链剂、小分子扩链剂、双羟基二硫化合物、催化剂、中和剂、含氟非离子乳化剂及后扩链剂经过缩聚反应制备而来。
[0006]所述水性聚氨酯的固含量为40％～60％。
[0007]所述异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4
‑
二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六甲撑二异氰酸酯(HDI)、甲苯
‑
2,4
‑
二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的一种或多种。
[0008]所述大分子多元醇包括聚醚多元醇(PPG系列)、聚四氢呋喃多元醇(PTMG系列)、聚酯多元醇、聚碳多元醇中的一种或多种。
[0009]所述亲水扩链剂包括二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、磺酸盐型亲水扩链剂中的一种或多种。
[0010]所述含氟扩链剂为2,2,3,3,4,4
‑
六氟
‑
1,5
‑
戊二醇。
[0011]所述小分子扩链剂包括2
‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二醇(MPO)、1,4
‑
丁二醇(BDO)、环己烷二甲醇(CHDM)、三羟甲基丙烷(TMP)中的一种或多种。
[0012]所述双羟基二硫化合物包括双(2
‑
羟乙基)二硫化物、双(4
‑
羟基苯基)二硫醚中的一种或多种。
[0013]所述后扩链剂包括乙二胺、己二胺、异氟尔酮二胺、1,4
‑
环己二甲胺中的一种或多种。
[0014]所述含氟非离子乳化剂包括FS
‑
3000、FS
‑
3100、FCF
‑
204、FCF
‑
206中的一种或多种。
[0015]所述催化剂包括有机铋类催化剂、锆类催化剂、锰类催化剂中的一种或多种。
[0016]所述中和剂包括三乙胺、氨水、三乙醇胺和氢氧化钠中的一种或多种。
[0017]所述含氟扩链剂的占比为水性聚氨酯预聚体质量的1％
‑
10％。
[0018]所述有机硅聚醚多元醇的占比为水性聚氨酯预聚体质量的5％
‑
35％。
[0019]所述双羟基二硫化合物的占比为水性聚氨酯预聚体质量的1％
‑
10％。
[0020]所述含氟非离子乳化剂的占比为水性聚氨酯预聚体质量的1％
‑
10％。
[0021]所述催化剂的占比为水性聚氨酯预聚体质量的0.1％～0.3％。
[0022]由于本专利技术的水性聚氨酯采用内外乳化工艺制备得到，该水性聚氨酯固含量可以提高至40％及以上；该水性聚氨酯中引入了2,2,3,3,4,4
‑
六氟
‑
1,5
‑
戊二醇及含氟非离子乳化剂，从而水性聚氨酯主链中不仅含有氟官能团，同时其乳液中存在含氟非离子乳化剂，使该材料具有较强的氢键作用，因此其分子间作用力很强，并且水性聚氨酯主链中引入了双硫键，该官能团键能较弱，其在一定温度下也能实现自愈合能力，因此该材料在多重自愈合机理作用下获得了高自愈合能力，其在60℃下10min即可完成自愈合；由于亲水扩链剂的存在，该材料亲水性能极佳，有类似表皮的亲水特性；由于该材料以水作为溶剂，因此其环保性能优良；由于水性聚氨酯主链中引入了有机硅聚醚多元醇，因此该材料具有十分接近皮肤的触感。
[0023]本专利技术还提供了上述高自愈合能力的水性聚氨酯在制备人工皮肤、软体机器人、可穿戴设备及假肢表皮中的应用。
[0024]本专利技术的有益效果是：由于本专利技术所述水性聚氨酯中引入2,2,3,3,4,4
‑
六氟
‑
1,5
‑
戊二醇、有机硅聚醚多元醇、双羟基二硫化合物、含氟非离子乳化剂及亲水扩链剂，因此该材料具有高效的自愈合能力、环保性能、耐热性能及近似人体皮肤的触感，填补了国内外未开发出具有高效自愈合能力、亲水性能及亲肤性能材料的空白。
附图说明：
[0025]图1为样条在不同时间段自愈合变化情况的光学显微镜图。
具体实施方式：
[0026]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本专利技术。
[0027]下面实施例和对比例除了催化剂购自于德音化学，其余原材料均购买自阿拉丁试剂有限公司。
[0028]实施例1
[0029]一种高自愈合水性聚氨酯的制备，包括以下步骤：
[0030]称取90g聚四氢呋喃多元醇(分子量3000)，18g有机硅聚醚多元醇(分子量1800)和26.64g异佛尔酮二异氰酸酯加入三口烧瓶中，在90℃下搅拌反应2h；然后向三口烧瓶中分别添加3g二羟甲基丙酸、3.24g 2,2,3,3,4,4
‑
六氟
‑
1,5
‑
戊二醇、3.75g双(4
‑
羟基苯基)二硫醚、0.1g 1,4
‑
丁二醇和15g丙酮，在80℃下继续搅拌反应2h；然后加入0.29g有机铋催化
剂DY
‑
20和10g丙酮，反应温度降温至70℃，继续反应3h；将得到的预聚体降温至50℃，加入2.26g三乙胺反应2min，把3.75g含氟非离子乳化剂FS
‑
3100和225g蒸馏水搅拌均匀后加入三口烧瓶中进行乳化，最后加入2.81g 1,4
‑
环己二甲胺进行后扩链反应，即得高自愈合水性聚氨酯。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高自愈合能力的水性聚氨酯，其特征在于：是由异氰酸酯、大分子多元醇、有机硅聚醚多元醇、亲水扩链剂、含氟扩链剂、小分子扩链剂、双羟基二硫化合物、催化剂、中和剂、含氟非离子乳化剂及后扩链剂经过缩聚反应制备而来。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述水性聚氨酯的固含量为40％～60％。3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、4,4
‑
二环己基甲烷二异氰酸酯、六甲撑二异氰酸酯、甲苯
‑
2,4
‑
二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；所述大分子多元醇包括聚醚多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚酯多元醇、聚碳多元醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述含氟扩链剂为2,2,3,3,4,4
‑
六氟
‑
1,5
‑
戊二醇。5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯，其特征在于：所述亲水扩链剂包括二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、磺酸盐型亲水扩链剂中的一种或多种；所述小分子扩链剂包括2
‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二醇、1,4
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丁二醇、环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种；所述后扩链剂包括乙二胺、己二胺、异氟尔酮二胺、1,4
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：戴家兵，王启东，李维虎，江朝阳，刘雨婷，
申请(专利权)人：合肥柔性科天机器人材料有限公司，
类型：发明
国别省市：