用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体制造技术

本发明专利技术属于低温弹性体领域，具体涉及一种用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体，包括主链型弹性体或者侧链型弹性体；所述的主链型弹性体包括柔性单元聚二甲基硅氧烷、刚性单元4＇－二羟基联苯、异佛尔酮二异氰酸酯以及2－脲基－4－嘧啶酮；所述的侧链型弹性体包括柔性单元聚二甲基硅氧烷、刚性单元4＇－二羟基联苯、异佛尔酮二异氰酸酯以及二醇分子。本发明专利技术将UPy体系引入玻璃化转变温度较低的PDMS中，利用UPy官能团之间形成动态可逆的四重氢键，从而达到赋予弹性体延展性和力学强度，有望为极地、太空等场景应用提供弹性体材料储备。料储备。料储备。

【技术实现步骤摘要】
用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体


[0001]本专利技术属于低温弹性体领域，具体涉及一种用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体。

技术介绍

[0002]弹性作为橡胶的重要性能之一，一直备受研究者们的关注。尤其在低温环境下，由于橡胶分子热运动减弱，分子链会逐渐被冻结，使其失去弹性和功能。因此橡胶的耐低温性是一个极其重要的性能。影响橡胶耐低温性的主要因素有两个，分别是橡胶的玻璃化过程和结晶过程。
[0003]在所有的橡胶品种中，硅橡胶具有较低的玻璃化转变温度，表现出良好的耐低温性。其可制作为轮胎、密封圈、电线护套、缓冲垫、软管或管道等，在低温环境的探索中发挥着不可替代的作用。这些环境最关键的挑战是，在没有足够太阳光照射时长，温度极低。以南极为例，南极的冬季平均气温为－49℃，南极洲记录的最低气温为1983年Vostok站的－89.2℃。在南极洲使用的橡胶应该在－80℃左右的温度下具有良好的弹性，然而还没有任何一种商用橡胶可以达到这个要求。商用的硅橡胶材料的低温耐受性仍较差，在低温环境下容易发生破裂，进一步引发严重事故。例如，在1986年，一个由氟橡胶制成的密封O型圈的破裂直接导致了挑战者号航天飞机的灾难性事故。因此，耐低温弹性体材料的开发对于人类在极端低温环境(－80℃)的探索工程具有重要意义。然而，耐低温弹性体的机械性能却很少被报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体，包括主链型弹性体或者侧链型弹性体；
[0007]所述的主链型弹性体包括柔性单元聚二甲基硅氧烷、刚性单元4＇－二羟基联苯、异佛尔酮二异氰酸酯以及2－脲基－4－嘧啶酮；其中聚二甲基硅氧烷：异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为：4：7；4＇－二羟基联苯：2－脲基－4－嘧啶酮的摩尔比为0.6－1.2：0.8－1.4；
[0008]所述的侧链型弹性体包括柔性单元聚二甲基硅氧烷、刚性单元4＇－二羟基联苯、异佛尔酮二异氰酸酯以及二醇分子；其中聚二甲基硅氧烷与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为4：7；4＇－二羟基联苯：二醇分子的摩尔比为0.6－1.2：0.8－1.4。
[0009]所述的二醇分子如下式(I)示出：
[0010][0011]优选的，所述的4＇－二羟基联苯：二醇分子的摩尔比为0.8：1.2。
[0012]所述的二醇分子的制备采用下述步骤：
[0013]S1：2－氨基－4－羟基－6－甲基嘧啶与六亚甲基二异氰酸酯制备得到中间体；
[0014]S2：将步骤S1的中间体与氨基丁二醇反应制得。
[0015]所述的主链型弹性体采用下述方式制备：将聚二甲基硅氧烷油浴加热，抽真空搅拌；搅拌后加入异佛尔酮二异氰酸、四氢呋喃和催化量二月硅酸丁基锡；继续搅拌，之后加入2－脲基－4－嘧啶酮，4，4＇－二羟基联苯、二甲基亚砜和催化剂量的二月硅酸丁基锡，继续聚合后得到产物；其中聚二甲基硅氧烷：异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为：4：7；4＇－二羟基联苯：2－脲基－4－嘧啶酮的摩尔比为0.6－1.2：0.8－1.4。
[0016]所述的侧链型弹性体采用下述方式制备：将聚二甲基硅氧烷油浴加热，抽真空搅拌；搅拌后加入异佛尔酮二异氰酸、四氢呋喃和催化量二月硅酸丁基锡；继续搅拌，之后加入二醇分子，4，4＇－二羟基联苯、二甲基亚砜和催化剂量的二月硅酸丁基锡，继续聚合后得到产物；其中聚二甲基硅氧烷与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为4：7；4＇－二羟基联苯：二醇分子的摩尔比为0.6－1.2：0.8－1.4。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术针对现在弹性体材料在低温环境下出现延展性差，易破损，使用寿命短等问题。从材料设计的角度出发，将UPy体系引入玻璃化转变温度较低的PDMS中，利用UPy官能团之间形成动态可逆的四重氢键，从而达到赋予弹性体延展性和力学强度。由于四重氢键作为一种的超分子作用力，因此UPy体系的加入同时赋予弹性体良好的自愈合性能，有望为极地、太空等场景应用提供弹性体材料储备。
[0019]本专利技术得到的四重氢键基PDMS弹性体可以应用于低温环境，当Upy官能团以主链引入聚合物主链，构建主链型四重氢键，聚合物分子链之间的间距较窄。当弹性体拉伸时，分子间作用力较强，为四重氢键和弱氢键，故力学强度较高(12.56Mpa)，延展性相对较差(2472％)。当Upy官能团以侧链引入聚合物主链，构建侧链型四重氢键，聚合物分子链之间的间距较宽。当弹性体拉伸时，分子间作用力较弱，只有弱氢键，进一步拉伸后，作用力为较强的四重氢键，故侧链型弹性体延展性较好(3309％)，力学强度相对较差(5.43Mpa)。相比与主链弹性体，侧链型弹性体的分子链运动性更差，故侧链型弹性体的自愈合性能更好(－80℃，自愈合48小时可恢复85％左右)。
附图说明
[0020]图1为弹性体材料的分子式及拉伸基制示意图；
[0021]图2为弹性体材料在－80℃的机械性能图。
具体实施方式
[0022]为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0023]实施例1：一种用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体的制备方法，图1示出其分子式及拉伸基制示意图，具体包括下述步骤：(1)将聚二甲基硅氧烷(5.6g)加入到100mL的二口烧瓶中，在100℃油浴加热中，抽真空搅拌1小时。搅拌后将体系降温至70℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(0.3891g)、四氢呋喃(10mL)和催化剂二月硅酸丁基锡(4滴)。搅拌3小时后，加入2－脲基－4－嘧啶酮(0.0338g)，4，4＇－二羟基联苯(0.0558g)二甲基亚砜(2mL)和催化剂二月硅酸丁基锡(1滴)，搅拌3小时后出料，将产物泡水24小时后洗涤烘干，收集以备用。
[0024]可控温拉伸仪设置参数为：拉伸速率20mm/min，环境温度为－80℃。测试样品提前制成哑铃状，中部宽约为5mm、长度约为4mm、厚度约为1mm。测试结果表明，M－U
0.8
－D
1.2
在－80℃时，应力强度在9.31Mpa，伸长率为1437％，愈合48小时后，愈合效率约为42％。
[0025]实施例2：(1)将聚二甲基硅氧烷(5.6g)加入到100mL的二口烧瓶中，在100℃油浴加热中，抽真空搅拌1小时。搅拌后将体系降温至70℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(0.3891g)、四氢呋喃(10mL)和催化剂二月硅酸丁基锡(4滴)。搅拌3小时后，加入2－脲基－4－嘧啶酮(0.0507g)，4，4＇－二羟基联苯(0.0372g)二甲基亚砜(2mL)和催化剂二月硅酸丁基锡(1滴)，搅拌3小时后出料，将产物泡水24小时后洗涤烘干，收集以备用。
[0026]可控温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体，其特征在于，包括主链型弹性体或者侧链型弹性体；所述的主链型弹性体包括柔性单元聚二甲基硅氧烷、刚性单元4＇－二羟基联苯、异佛尔酮二异氰酸酯以及2－脲基－4－嘧啶酮；其中聚二甲基硅氧烷：异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为：4：7；4＇－二羟基联苯：2－脲基－4－嘧啶酮的摩尔比为0.6－1.2：0.8－1.4；所述的侧链型弹性体包括柔性单元聚二甲基硅氧烷、刚性单元4＇－二羟基联苯、异佛尔酮二异氰酸酯以及二醇分子；其中聚二甲基硅氧烷与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为4：7；4＇－二羟基联苯：二醇分子的摩尔比为0.6－1.2：0.8－1.4。2.根据权利要求1所述的用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体，其特征在于，所述的二醇分子如下式(I)示出：3.根据权利要求1所述的用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体，其特征在于，所述的4＇－二羟基联苯：二醇分子的摩尔比为0.8：1.2。4.根据权利要求1所述的用于低温环境的高机械性能和自愈合性能弹性体，其特征在于，所述的二醇分子的制备采用下述步骤：S1：2－氨基－4－羟基－6－甲基嘧啶与六亚甲基二异氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，张雷，杨凯，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：