一种透明可拉伸聚氨酯材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于柔性高分子材料技术领域，尤其涉及一种柔性显示衬底用可拉伸聚氨酯材料及其制备方法和用途。该聚氨酯材料由大分子二元醇、二异氰酸酯、扩链剂和交联剂在催化剂存在条件下，于氮气气氛中聚合而成；所述聚氨酯材料的主链含动态二硫键，分子链间含有氢键，能够在遭受外力破坏损伤时迅速自愈合。该材料透光率超过90％，断裂伸长率可达1847％，拉伸强度可达25MPa，韧性可达246.8MJ/m3，弹性模量可达17.6MPa，自愈合效率超过90％。合理调控软硬链段的组分，可以获得显著提升的韧性，可用作柔性显示衬底材料。柔性显示衬底材料。柔性显示衬底材料。

【技术实现步骤摘要】
一种透明可拉伸聚氨酯材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于柔性高分子材料
，尤其涉及一种柔性显示衬底用可拉伸聚氨酯材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]柔性显示正逐渐改善人们的生活和交流，并显著推进着信息可视化。柔性电子与作为平板显示的LCDs和等离子体显示相比，具有超薄、质量轻、耐用、储存量大、设计自由，可收卷的优点。在柔性显示器件中，柔性衬底是研发柔性显示的基础。依据目前国内外柔性显示衬底的研究进展，柔性显示衬底主要分为五类：塑料、金属箔片、超薄玻璃和最近广泛关注的纸质衬底、生物复合薄膜衬底。这些衬底提供的装置性能与传统玻璃衬底接近，对于大多应用，使用极低成本的柔性衬底发展柔性显示是非常重要的。聚合物基板如能保证透明度、尺寸稳定性、热稳定性、阻隔性、耐溶剂性、低热膨胀系数和表面平滑性，将是很好的选择。然而大多数聚合物存在透明度低、刚性强韧性差可拉伸性差，特别是当调节聚合物结构使得韧性增强后拉伸强度显著降低、易在拉伸情况下断裂等问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种聚氨酯材料的制备方法，制得的聚氨酯材料分子链上含有动态二硫键，链间含有大量氢键，软链段自组装形成结晶结构，有效保证了聚氨酯的优异韧性和受外界作用力作用断裂后高效自愈合，该聚氨酯材料同时具有高透明度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种透明可拉伸聚氨酯材料，所述聚氨酯材料的分子链的主链中含有动态二硫键，分子链间含有氢键，且软链段自组装形成结晶域，其分子链中含有以下结构，其中n的取值范围为1
‑
20，
[0005][0006]本专利技术的目的之二是提供一种上述透明可拉伸聚氨酯材料的制备方法：包括如下步骤：
[0007]1)在反应容器中加入除四氢呋喃以外的大分子二元醇，于110
‑
120℃下真空脱水2
‑
6h，降温至25
‑
60℃后加入二异氰酸酯和催化剂，在氮气保护、60
‑
80℃温度下搅拌反应1
‑
2h，得聚氨酯预聚体；
[0008]或者，在反应容器中加入除四氢呋喃以外的大分子二元醇，于110
‑
120℃下真空脱水2
‑
6h，降温至25
‑
60℃后加入二异氰酸酯、催化剂和四氢呋喃，在氮气保护、60
‑
80℃温度
下搅拌反应1
‑
2h，得聚氨酯预聚体；
[0009]2)保持氮气的保护气氛，向聚氨酯预聚体中加入含有动态二硫键的扩链剂，在60
‑
90℃下搅拌反应1
‑
3h；
[0010]3)向上述反应体系中加入交联剂，继续搅拌反应至二异氰酸酯消耗完全，然后将物料倒入模具中，干燥除去溶剂，即制得聚氨酯材料。
[0011]作为透明可拉伸聚氨酯材料的制备方法进一步改进：
[0012]优选的，大分子二元醇10
‑
60份、二异氰酸酯3
‑
40份、催化剂0.05
‑
0.1份、扩链剂0.1
‑
20份，交联剂1
‑
20份。
[0013]优选的，所述二异氰酸酯中的
‑
NCO与大分子二元醇、扩链剂中羟基总量的摩尔比为(0.9
‑
1.8):1。
[0014]优选的，所述扩链剂为含有动态二硫键的小分子二元醇，为双(2
‑
羟乙基)二硫化物、2,2羟苯基二硫醚中一种或两种的组合。
[0015]优选的，所述大分子二元醇为聚己内酯二醇、聚四氢呋喃或聚乙二醇，所述聚己内酯二醇的数均分子量为1000
‑
20000。
[0016]优选的，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)中的一种或两种以上的组合。
[0017]优选的，所述催化剂为有机锡类催化剂或胺类催化剂；或者，所述交联剂为三羟甲基丙烷三(3
‑
巯基丙酸)酯即TMPMP。
[0018]优选的，所述反应容器为装有电动搅拌器、冷凝管、真空尾接管的三口烧瓶。
[0019]本专利技术的目的之三是提供一种上述透明可拉伸聚氨酯材料在柔性显示衬底上的用途。
[0020]本专利技术相比现有技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术的另一个专利技术目的是提供上述聚氨酯材料的制备方法，聚氨酯上有丰富的氨基甲酸酯键，可以与基材表面很好地结合，且软硬链段可调，性能可控。本专利技术制备的聚氨酯材料主链含动态二硫键，链间存在大量氢键，动态共价键是一种在外界刺激下能够发生断裂、生成、重组的特殊化学键，在形变时，二硫键或者氢键等可逆动态键引入到高分子链段上可以耗散能量，使材料能够承受更大的应变，表现出优良的韧性，能够在遭受外力破坏损伤时迅速自愈合。
[0022]本专利技术的聚氨酯材料表现出优异的可拉伸性，这不仅得益于氢键、二硫键等动态键，还依赖于大分子二元醇的半结晶性。大应变条件下，半结晶的聚氨酯链段通过重排，实现重结晶。重结晶的链段起到增强相的作用(属于物理交联)，使聚氨酯材料能够耐受更大的应变。重排的过程中动态键发生解离和重组，有助于链段重结晶的进行。本专利技术的聚氨酯材料具有高韧性，超强的拉伸性能，透光率超过90％，断裂伸长率可达1847％，拉伸强度可达25MPa，韧性可达246.8MJ/m3，弹性模量可达17.6MPa，自愈合效率超过90％。
附图说明
[0023]图1中为本专利技术制备聚氨酯材料的制备过程及产物结构式；
[0024]图2为用紫外
‑
可见光谱仪测定实施例1制得的聚氨酯材料的透光率；
[0025]图3为实施例1和实施例2制得的聚氨酯材料的应力应变曲线图；
[0026]图4为实施例1和实施例2制得的聚氨酯材料的热重曲线；
[0027]图5为实施例1和实施例2制得的聚氨酯材料破损后和愈合后的对照图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]对比例1
[0030]本对比例提供一种聚氨酯材料的制备方法，采用以下原料：
[0031]大分子二元醇：聚乙二醇(Mn
‑
2000)，聚四氢呋喃即THF；
[0032]二异氰酸酯：异氟尔酮二异氰酸酯，即IPDI；
[0033]催化剂：二月桂酸二丁基锡，即DBTDL；
[0034]扩链剂：1,4
‑
丁二醇，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明可拉伸聚氨酯材料，其特征在于，该聚氨酯材料的分子链中含有以下结构，其中n的取值范围为1
‑
20，2.一种权利要求1所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在反应容器中加入除四氢呋喃以外的大分子二元醇，于110
‑
120℃下真空脱水2
‑
6h，降温至25
‑
60℃后加入二异氰酸酯和催化剂，在氮气保护、60
‑
80℃温度下搅拌反应1
‑
2h，得聚氨酯预聚体；或者，在反应容器中加入除四氢呋喃以外的大分子二元醇，于110
‑
120℃下真空脱水2
‑
6h，降温至25
‑
60℃后加入二异氰酸酯、催化剂和四氢呋喃，在氮气保护、60
‑
80℃温度下搅拌反应1
‑
2h，得聚氨酯预聚体；2)保持氮气的保护气氛，向聚氨酯预聚体中加入含有动态二硫键的扩链剂，在60
‑
90℃下搅拌反应1
‑
3h；3)向上述反应体系中加入交联剂，继续搅拌反应至二异氰酸酯消耗完全，然后将物料倒入模具中，干燥除去溶剂，即制得聚氨酯材料。3.根据权利要求2所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，制备方法中各原料的重量份如下：大分子二元醇10
‑
60份、二异氰酸酯3
‑
40份、催化剂0.05
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王化，屈琦琪，田兴友，刘研研，李潇潇，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：