【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料，涉及一种功能化弹性体及应用。
技术介绍
1、自愈合是生物组织特性，使它们能够在机械损伤后有效地自我修复。因此，受大自然的启发，将自愈合性能引入弹性体中，大大提高了它们的寿命和稳定性，降低了维护费用，并实现了新颖的应用。因此，自修复材料在汽车涂料、电子皮肤和软机器人等许多领域引起了极大的关注，并显示出巨大的前景。外源型自愈合由于依赖于自愈合试剂，导致其愈合能力有限，限制了它们的广泛应用。因此，目前基于动态非共价相互作用或可逆共价键的本征型自愈合材料成为研究重点。然而，本征型愈合过程通常需要外部能量输入，例如热量，光，压力或其他试剂。由于现实生活中的许多材料在没有可用外部刺激的情况下在环境条件下会损坏，因此非常需要开发可以在室温甚至低温下自发自愈的弹性体材料。
2、目前，开发具有低温自愈合性能的弹性体材料仍然是个巨大挑战。设计自愈合材料的常用方法结合动态共价键(二硫键、亚胺键等)和动态非共价键(h键、金属配位键、离子相互作用等)。然而，用这种方法所得材料通常相对较弱。相比之下，大量的非共价相互作用可能会导致更好的机械性能，但可能会损害材料的自愈性、拉伸性和韧性。此外，由于其线性分子结构，这些材料可能会受到有限的弹性和潜在蠕变的影响。因此，一些研究人员基于尿素键，硼氧键和二硫键等动态共价键进行化学交联结构，以构建相对强的可愈合材料。然而，交联网络限制了链的运动并降低了愈合能力。总体而言，材料的自愈能力和机械性能在本质上是相互排斥的。同时实现高机械坚固性和愈合效率仍然是一个巨大的挑战，特别是在环境条件下
技术实现思路
1、为解决现有技术中出现的问题，本专利技术采用以下技术方案：
2、本专利技术的目的是提供一种可低温自愈合的功能化弹性体的制备方法，包括如下步骤：
3、(1)利用生物基二元酸、二元醇反应得到羟基封端生物基脂肪族预聚物；
4、(2)将羟基封端生物基脂肪族预聚物与异氰酸酯、二醇类组分、甘油以及金属盐、配体混合反应，得到功能化弹性体。
5、在本专利技术的一种实施方式中，可低温自愈合的功能化弹性体由二醇、甘油、异氰酸酯以及金属离子反应得到，其拓扑结构中含有丰富的氢键、氨基甲酸酯、二硫键以及金属配位键构成的多重动态网络赋予弹性体低温自愈合性能。
6、在本专利技术的一种实施方式中，所述生物基二元醇为丙二醇、丁二醇、橡胶籽油基二元醇、棕榈油基二元醇、葵花籽油基二元醇、异山梨醇、戊二醇、乙二醇、二聚醇中的一种或组合。
7、在本专利技术的一种实施方式中，所述生物基二元酸为衣康酸、癸二酸、琥铂酸、壬二酸、二聚脂肪酸(daa)、十二烷基二元酸、富马酸中的一种或组合。
8、在本专利技术的一种实施方式中，生物基二元醇与二元酸的摩尔比为(1-2)：1。
9、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述的阻聚剂为4-甲氧基苯酚、对苯二酚中的任意一种，添加量为0.05-0.5wt％。
10、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述的催化剂为为钛酸四丁酯、对甲苯磺酸、醋酸锑、月桂酸二丁锡；用量为总质量的0.05-0.5wt％。
11、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述反应的温度为130～190℃，时间为1～8h。
12、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述羟基封端生物基脂肪族预聚物的数均分子量为1000-13000。
13、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述二醇类组分为u2-diol、或者u2-diol与其他二醇类试剂的组合；所述其他二醇类试剂为双(2-羟乙基)二硫化物、丁二酮肟、丁二醇、丙二醇、异山梨醇中的任意一种或多种。
14、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述羟基封端生物基脂肪族预聚物和二醇类组分的总量与甘油的摩尔比为2～8：1。
15、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述羟基封端生物基脂肪族预聚物和二醇类组分中的羟基总量与异氰酸根的摩尔比为1：1～2。
16、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述异氰酸酯为异氟尔酮异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯(tdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、赖氨酸二异氰酸酯(ldi)中的一种或组合。
17、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述配体为丁二酮肟，能够与金属离子形成金属配位键。
18、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述配体与甘油的摩尔比为(2-5)：1。
19、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述金属盐由氯化铜、氯化锌中的一种。
20、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述金属盐与配体的摩尔比为1：10～30。
21、在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中所述反应是先在50℃～80℃下搅拌反应1-6h，然后氮气环境下40℃-60反应12-24h，再升温至70～90℃下继续反应12～36h。
22、在本专利技术的一种实施方式中，所述弹性体制备方法具体包括：
23、(1)羟基封端生物基脂肪族预聚物制备：将生物基二元酸、二元醇、阻聚剂以及催化剂加入反应器中，反应温度为130～190℃，酯化时间为1～8h，然后将酯化系统改为抽真空系统，反应2～8h得到羟基封端生物基脂肪族预聚物；
24、(2)将预聚物放置在90℃-120℃温度条件下真空除水1-3h，然后将反应温度调为50℃～80℃加入异氰酸酯、双(2-羟乙基)二硫化物、u2-diol、甘油以及金属离子搅拌1-6h，然后将反应物倒入模具后放入通有氮气的环境下40℃-60反应12-24h，然后在70～90℃条件下反应12～36h。
25、本专利技术基于上述方法制备提供一种可低温自愈合的功能化弹性体。
26、本专利技术还提供上述可低温自愈合的功能化弹性体在自供电摩擦发电机，可穿戴设备领域中的应用。
27、本专利技术还提供上述可低温自愈合的功能化弹性体在汽车涂料、电子皮肤和软机器人领域中的应用。
28、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
29、本专利技术提供了一种使用一锅法高效制备含有多重动态网络的生物基交联弹性体及其制备方法。其特点是将丰富h键、二硫键以及金属配位键构成的多重动态网络引入到弹性体中，其中h键由氨基甲酸酯键以及u2-diol中upy段提供，金属配位键由丁二酮肟提供的配体与金属离子构成，从而形成强弱交联网络，进而赋予弹性体良好的机械性能；另外，生物基预聚物作为软段赋予弹性体足够的任性以及较低的玻璃化转变温度。
30、本专利技术的一种低温自愈合生物基交联弹性体相比现有报道的自愈合弹性体，由于丰富的氢键、金属配位键以及低键能二硫键，配合较低的玻璃化转变温度使其可以在-15℃的低温下实现自愈合。在耐低温柔性可穿戴等领域中具有巨大的应用前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种可低温自愈合的功能化弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物基二元醇为丙二醇、丁二醇、橡胶籽油基二元醇、棕榈油基二元醇、葵花籽油基二元醇、异山梨醇、戊二醇、乙二醇、二聚醇中的一种或组合；所述生物基二元酸为衣康酸、癸二酸、琥铂酸、壬二酸、二聚脂肪酸、十二烷基二元酸、富马酸中的一种或组合；生物基二元醇与二元酸的摩尔比为(1-2)：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的阻聚剂为4-甲氧基苯酚、对苯二酚中的任意一种，添加量为0.05-0.5wt％；所述的催化剂为为钛酸四丁酯、对甲苯磺酸、醋酸锑、月桂酸二丁锡；用量为总质量的0.05-0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述二醇类组分为U2-diol、或者U2-diol与其他二醇类试剂的组合；所述其他二醇类试剂为双(2-羟乙基)二硫化物、丁二酮肟、丁二醇、丙二醇、异山梨醇中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述羟基封端生物基脂肪族
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述羟基封端生物基脂肪族预聚物和二醇类组分中的羟基总量与异氰酸根的摩尔比为1：1～2；所述异氰酸酯为异氟尔酮异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或组合。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述金属盐由氯化铜、氯化锌中的一种；所述金属盐与配体的摩尔比为1：10～30；所述配体与甘油的摩尔比为(2-5)：1。
8.权利要求1-7任一项所述方法制备得到的一种可低温自愈合的功能化弹性体。
9.权利要求8所述的可低温自愈合的功能化弹性体在自供电摩擦发电机，可穿戴设备领域中的应用。
10.权利要求8所述的可低温自愈合的功能化弹性体在汽车涂料、电子皮肤和软机器人领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种可低温自愈合的功能化弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物基二元醇为丙二醇、丁二醇、橡胶籽油基二元醇、棕榈油基二元醇、葵花籽油基二元醇、异山梨醇、戊二醇、乙二醇、二聚醇中的一种或组合；所述生物基二元酸为衣康酸、癸二酸、琥铂酸、壬二酸、二聚脂肪酸、十二烷基二元酸、富马酸中的一种或组合；生物基二元醇与二元酸的摩尔比为(1-2)：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的阻聚剂为4-甲氧基苯酚、对苯二酚中的任意一种，添加量为0.05-0.5wt％；所述的催化剂为为钛酸四丁酯、对甲苯磺酸、醋酸锑、月桂酸二丁锡；用量为总质量的0.05-0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述二醇类组分为u2-diol、或者u2-diol与其他二醇类试剂的组合；所述其他二醇类试剂为双(2-羟乙基)二硫化物、丁二酮肟、丁二醇、丙二醇、异山梨醇中的任意一种或多种。
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：马丕明，王宏，张林曼，徐鹏武，王策勇，殷俣秀，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。