一种自愈合水性聚氨酯及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种自愈合水性聚氨酯及其制备方法和用途。所述方法包括以下步骤：(1)将2,6

【技术实现步骤摘要】
一种自愈合水性聚氨酯及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于聚氨酯材料
，具体涉及一种自愈合水性聚氨酯及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]水性聚氨酯(简称为WPU)是以水代替有机溶剂作为分散介质的聚氨酯高分子材料，但其在使用过程中，不可避免地会受到机械或光热刺激，进而造成各种损伤，极大地影响其使用效果以及使用期限。在自然界中，生物体具有自我修复受损组织和功能的能力，从而增加了它们的生存机会。受生物体能够自我修复的启发，现有技术公开了能够修复损伤的人造自愈合材料，以此延长材料的寿命，同时提高了各种材料的可靠性。
[0003]聚氨酯以其优异的机械强度、良好的耐磨性、韧性、低温柔性等特点在涂层、粘合剂、纺织、柔性电子和生物材料等许多领域得到了广泛的应用。近年来，室温自修复聚氨酯受到了特别的关注，这是因为室温自修复聚氨酯材料可以在温和的条件下修复裂纹和损伤并恢复原来的功能，延长了材料的使用寿命，降低了维护成本。近年来，随着新的修复机制和策略的采用，聚氨酯材料的力学性能和室温自修复能力都得到了显著提升。
[0004]然而，合成室温自修复聚氨酯往往涉及复杂的步骤和昂贵的功能单体。所以，采用简单、低成本的方法制备室温自修复聚氨酯对未来的工业化生产具有重要意义。当然，合成化学和超分子化学的发展为解决上述问题提供了新机遇。同时需要重点指出的是，当前单一的自修复功能已无法满足材料高值化发展要求。
[0005]因此，在本领域中，亟需开发一种水性聚氨酯材料，以此解决聚氨酯材料无法兼具快速室温自修复与高力学性能以及性能单一的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种自愈合水性聚氨酯及其制备方法和用途。本专利技术提供的自愈合水性聚氨酯能够克服其他的自愈性的水性聚氨酯存在的自修复的温度条件高、愈合效率差和功能单一等缺点，赋予了水性聚氨酯材料超强的室温自修复性能以及良好的抗菌性。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种制备自愈合水性聚氨酯的方法，所述方法包括以下步骤：
[0009](1)将2,6
‑
二乙酰吡啶二肟、多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂和溶剂进行反应，得到水性聚氨酯的预聚体；
[0010](2)将步骤(1)得到的水性聚氨酯的预聚体和中和剂进行反应，得到反应溶液；将所述反应溶液和金属盐溶液进行乳化，固化后得到所述自愈合水性聚氨酯。
[0011]本专利技术利用2,6
‑
二乙酰吡啶二肟键合到水性聚氨酯的聚合物分子链，其中，2,6
‑
二乙酰吡啶二肟氨酯基团中包含了四个可逆动态键，即两个肟氨酯键和两个氢键，2,6
‑
二
乙酰吡啶二肟单元作为配体与金属配位形成金属配位键，上述由多重可逆动态键组成的交联结构赋予了水性聚氨酯材料超强的室温自修复性能以及一定的抗菌性，同时使得水性聚氨酯材料具有良好的力学性能。
[0012]优选地，步骤(1)中所述2,6
‑
二乙酰吡啶二肟的制备方法包括以下步骤：将2,6
‑
二乙酰吡啶、盐酸羟胺、乙酸钠和有机溶剂进行混合，反应后得到所述2,6
‑
二乙酰吡啶二肟。
[0013]优选地，所述有机溶剂包括乙醇和去离子水的组合。
[0014]优选地，所述乙醇和去离子水的质量比为1:(2
‑
4)，例如可以为1:2、1:2.2、1:2.5、1:2.8、1:3、1:3.2、1:3.5、1:3.8、1:4等。
[0015]优选地，所述2,6
‑
二乙酰吡啶、盐酸羟胺和乙酸钠的摩尔比为1:(2
‑
4):(4
‑
6)，例如可以为1:2:4、1:2.5:4.5、1:3:5、1:3.5:4.5、1:4:5、1:4:6、1:2:6、1:3:6等。
[0016]优选地，所述反应的温度为90
‑
95℃，例如可以为90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃等；时间为2
‑
3h，例如可以为2h、2.2h、2.5h、2.8h、3h等。
[0017]优选地，所述反应后还依次包括冷却、过滤、洗涤和干燥处理。
[0018]优选地，步骤(1)中所述多元醇包括聚醚多元醇和/或聚酯多元醇。
[0019]优选地，所述聚醚多元醇包括聚丙二醇和/或聚四氢呋喃醚二醇。
[0020]优选地，所述聚酯多元醇包括聚碳酸酯二元醇和/或聚己二酸
‑
1,4
‑
丁二醇酯。
[0021]优选地，步骤(1)中所述多元醇的数均分子量为1000
‑
2000，例如可以为1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000等。
[0022]在本专利技术中，通过调整多元醇的数均分子量，使得软硬段相容性更好，以此获得稳定的粒径分布以及良好力学性能，分子量过低则会导致氨基甲酸酯和脲基刚性基团密集程度较高，合成的膜则越硬脆，柔韧性越差和拉伸强度增加，反之则会降低聚氨酯分子链的水溶性，影响聚氨酯乳液的稳定性，并且使得材料的柔韧性上升和强度下降。
[0023]优选地，步骤(1)中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。
[0024]优选地，步骤(1)中所述二异氰酸酯与多元醇的摩尔比为(2
‑
3):1，例如可以为2:1、2.2:1、2.5:1、2.8:1、3:1等。
[0025]优选地，以所述水性聚氨酯的预聚体的总质量为100％计，步骤(1)中所述2,6
‑
二乙酰吡啶二肟的质量百分含量为2％
‑
6％，例如可以为2％、3％、4％、5％、6％等。
[0026]在本专利技术中，通过调整2,6
‑
二乙酰吡啶二肟的质量百分含量，使得合成的水性聚氨酯膜在具有一定含量的动态键数量以此保持良好愈合能力的同时，也具有良好的力学性能，含量过低则会导致使得聚氨酯整体的力学性能不佳，膜材料的拉伸应变比较高，拉伸强度较低且动态愈合效果不突出，反之则会导致拉伸强度过高，膜材料的柔韧性下降，不利于材料的愈合能力。
[0027]优选地，步骤(1)中所述亲水扩链剂包括2,2
‑
二羟基甲基丙酸。
[0028]优选地，步骤(1)中所述溶剂包括N,N
‑
二甲基吡咯烷酮和/或丙酮。
[0029]优选地，步骤(1)中所述将2,6
‑
二乙酰吡啶二肟、多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂和溶剂进行反应的过程如下：将多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂和溶剂进行第一次反应，而后加入2,6
‑
二乙酰吡啶二肟进行第二次反应。
[0030]优选地，所述第一次反应前还包括加入催化剂。
[0031]优选地，所述催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备自愈合水性聚氨酯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将2,6
‑
二乙酰吡啶二肟、多元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂和溶剂进行反应，得到水性聚氨酯的预聚体；(2)将步骤(1)得到的水性聚氨酯的预聚体和中和剂进行反应，得到反应溶液；将所述反应溶液和金属盐溶液进行乳化，固化后得到所述自愈合水性聚氨酯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述2,6
‑
二乙酰吡啶二肟的制备方法包括以下步骤：将2,6
‑
二乙酰吡啶、盐酸羟胺、乙酸钠和有机溶剂进行混合，反应后得到所述2,6
‑
二乙酰吡啶二肟。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂包括乙醇和去离子水的组合；优选地，所述乙醇和去离子水的质量比为1:(2
‑
4)；优选地，所述2,6
‑
二乙酰吡啶、盐酸羟胺和乙酸钠的摩尔比为1:(2
‑
4):(4
‑
6)；优选地，所述反应的温度为90
‑
95℃，时间为2
‑
3h；优选地，所述反应后还依次包括冷却、过滤、洗涤和干燥处理。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述多元醇包括聚醚多元醇和/或聚酯多元醇；优选地，所述聚醚多元醇包括聚丙二醇和/或聚四氢呋喃醚二醇；优选地，所述聚酯多元醇包括聚碳酸酯二元醇和/或聚己二酸
‑
1,4
‑
丁二醇酯；优选地，步骤(1)中所述多元醇的数均分子量为1000
‑
2000；优选地，步骤(1)中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；优选地，步骤(1)中所述二异氰酸酯与多元醇的摩尔比为(2
‑
3):1；优选地，以所述水性聚氨酯的预聚体的总质量为100％计，步骤(1)中所述2,6
‑
二乙酰吡啶二肟的质量百分含量为2％
‑
6％。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述亲水扩链剂包括2,2
‑
二羟基甲基丙酸；优选地，步骤(1)中所述溶剂包括N,N
‑
二甲基吡咯烷酮和/或丙酮。6.根据权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋平平，夏瑜，夏琪，唐敏艳，高蕾，张萍波，陈亮，
申请(专利权)人：昆山嘉力普制版胶粘剂油墨有限公司，
类型：发明
国别省市：