【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚氨酯材料领域，具体涉及能够实现光热自修复的聚氨酯弹性体复合材料，尤其是一种具有高耐热性，同时能解决“魔三角”问题的热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法，可以应用于合成橡胶特别是自修复轮胎领域。
技术介绍
1、汽车在行驶过程中，可能会因为异物刺穿轮胎而造成轮胎漏气，从而导致汽车行驶状态不稳定，这就要求立即更换轮胎或对轮胎进行临时修理。为了快速恢复车辆的行驶功能，研发了一些自修复轮胎。中国专利cn114058293a公开了一种基于丁基橡胶和共轭二烯类橡胶的自修复轮胎密封胶。中国专利cn114106475a公开了一种基于丁基系橡胶的密封材料用橡胶组合物和充气轮胎。但是目前自修复轮胎的滚动阻力普遍较高，造成车辆油耗较高，而且都是基于合成橡胶，具有高能耗、高物耗、高污染和不可回收问题。此外，传统子午线轮胎有一个致命的缺点，就是容易爆胎，对行车安全性造成损害。非充气轮胎顺势而生，其不存在漏气、爆胎等问题，且舒适性也大大提高，成为轮胎行业的热门研究对象，现有的非充气轮胎大多为热塑性聚氨酯的轮辐和橡胶胎面组成，橡胶胎面与非充气轮毂极性相差大，粘合困难，而能满足“魔三角”问题的聚氨酯非充气轮胎胎面，可以解决与轮毂的粘合问题。
2、采用热塑性聚氨酯弹性体(tpu)替代传统合成橡胶轮胎，是解决上述问题的重要途径之一，同时tpu也成为非充气轮胎的研究热点。tpu一般由聚酯多元醇或聚醚多元醇与低于化学当量的二异氰酸酯预聚合，然后再与二胺或二醇类扩链剂反应制得的高分子弹性体材料。tpu可溶可熔，结构可设计性强，选用不同的软硬段
3、tpu耐热性能差，长期使用温度一般不高于80℃，这成为阻碍其用于轮胎制品的重要问题，也不能实现高温下自修复。中国专利cn112574385a公布了一种抗湿滑低滚阻热塑性聚氨酯弹性体及制备方法，所制得的聚氨酯耐热性好且具有抗湿滑低滚阻的性能，但是该体系所用异氰酸酯比例较高(二元醇、二异氰酸酯与扩链剂的摩尔比优选为1：1.5～4：0.5～3)，不利于绿色环保，同时也没有考虑自修复性能。
技术实现思路
1、现有技术中，采用交联结构、动态共价键来制备自修复聚氨酯，前者难以重复加工，后者需要引入多种基团，结构复杂。这样合成聚氨酯的或微相分离程度不高，或动态性能不好，或生热高和耐热低，影响其在更多复杂场景下的使用，特别是高温下密封以及作为轮胎使用效果。本专利技术将nano-fe3o4等纳米粒子与热塑性聚氨酯弹性体(tpu)共混，可以使复合材料在近红外光(nir)下产生高热而通过氢键的可逆性来实现自修复。同时使用对苯二异氰酸酯(ppdi)、1,5-萘二异氰酸酯(ndi)等结构对称的特种芳香族异氰酸酯作为硬段来制备合成tpu，在硬段含量较低的情况下就能有高耐热性能。采用聚碳酸酯类化合物为软段来提高tpu的抗湿滑性能，最终得到一种具有光热自修复性能且能解决“魔三角”问题的高耐热热塑性聚氨酯弹性体复合材料，为制备自修复聚氨酯轮胎提供一种新的思路。
2、本专利技术的目的之一在于提供一种高耐热热塑性聚氨酯弹性体复合材料，包括热塑性聚氨酯弹性体基体和纳米粒子填料，其中，所述的热塑性聚氨酯弹性体包括由聚碳酸酯类化合物链段构成的软段结构和衍生自芳香族异氰酸酯、扩链剂链段的硬段结构，所述的纳米粒子填料为具有光热效应的纳米粒子。
3、上述高耐热热塑性聚氨酯弹性体复合材料中，所述的纳米粒子填料包括但不限于nano-fe3o4、mxene、石墨烯等具有光热效应的纳米粒子；所述纳米粒子填料的粒径为50～1000nm，优选为100～500nm。以所述热塑性聚氨酯弹性体为100重量份来计，所述纳米粒子填料的用量为0～15份但不为0，优选为3～10份。
4、所述的热塑性聚氨酯弹性体中：所述的聚碳酸酯类化合物端基为羟基的聚碳酸酯类化合物，例如，常用的聚碳酸酯二元醇(pcdl)；所述的芳香族异氰酸酯为具有对称结构的芳香族二异氰酸酯，优选自对苯二异氰酸酯(ppdi)、1,5-萘二异氰酸酯(ndi)中的至少一种；所述的扩链剂为饱和小分子二元醇，包括但不限于乙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、1,3-丙二醇、一缩二丙二醇、二缩三丙二醇、1,4-丁二醇(bdo)、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、1,2-戊二醇、二乙基戊二醇、1,6-己二醇(hdo)、2-乙基-1,3-己二醇中的至少一种。
5、所述的热塑性聚氨酯弹性体包括软段和硬段结构，其中软段结构为聚碳酸酯类化合物链段，硬段结构为芳香族异氰酸酯、扩链剂链段，软段含量为70～95％，优选为80～90％；硬段含量为5～30％，优选为10～20％。
6、本专利技术的目的之二在于提供一种上述高耐热热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备方法，包括：将所述的热塑性聚氨酯弹性体和纳米粒子填料共混后，即得所述的复合材料。
7、所述的制备方法具体包括：先将热塑性聚氨酯弹性体熔融后，再加入纳米粒子填料共混后，即得所述的复合材料。其中，熔融、共混的温度为100～200℃，优选为120～180℃。
8、所述的热塑性聚氨酯弹性体由以下方法制备得到：将聚碳酸酯类化合物和芳香族异氰酸酯预聚反应后，加入扩链剂进行扩链反应，固化后即得所述的热塑性聚氨酯弹性体。其中，所述的聚碳酸酯类化合物、芳香族异氰酸酯、扩链剂的摩尔比为1：(1.25～2.5)：(0.25～1.5)，优选为1：(1.5～2.25)：(0.5～2.25)；所述聚碳酸酯类化合物的分子量为500～3000，优选为1000～2000。.
9、所述热塑性聚氨酯弹性体的制备方法中，所述预聚反应条件为：70～95℃反应0.5～3h；所述扩链反应条件为：80～95℃反应10～60min；所述固化反应条件为：100～120℃反应16～24h；所述反应在保护性气体氛围下进行，保护性气体可以为常用的氮气。
10、根据本专利技术，本专利技术提供的热塑性聚氨酯弹性体为基于聚碳酸酯类化合物和具有对称结构的芳香族异氰酸酯的聚氨酯弹性体，优选为基于pcdl-ppdi的聚氨酯弹性体或者基于pcdl-ndi的聚氨酯弹性体。
11、其中，基于pcdl-ppdi的聚氨酯弹性体的具体制备过程可采用如下步骤：首先对pcdl进行真空除水1.5～2h，然后加入ppdi在70～90℃下预聚0.5～1h，之后加入扩链剂在80～90℃下扩链10～30本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高耐热热塑性聚氨酯弹性体复合材料，包括热塑性聚氨酯弹性体基体和纳米粒子填料，其中，所述的热塑性聚氨酯弹性体包括由聚碳酸酯类化合物链段构成的软段结构和衍生自芳香族异氰酸酯、扩链剂链段的硬段结构，所述的纳米粒子填料为具有光热效应的纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的热塑性聚氨酯弹性体中：
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
5.一种权利要求1～4任一项所述高耐热热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备方法，包括：将所述的热塑性聚氨酯弹性体和纳米粒子填料共混后，即得所述的复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的方法具体包括：先将热塑性聚氨酯弹性体熔融后，再加入纳米粒子填料共混后，得到所述的复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，熔融、共混的温度为100～200℃，优选为120～180℃。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的热塑性聚氨酯弹性体由以下方法制备得到
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种高耐热热塑性聚氨酯弹性体复合材料，包括热塑性聚氨酯弹性体基体和纳米粒子填料，其中，所述的热塑性聚氨酯弹性体包括由聚碳酸酯类化合物链段构成的软段结构和衍生自芳香族异氰酸酯、扩链剂链段的硬段结构，所述的纳米粒子填料为具有光热效应的纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的热塑性聚氨酯弹性体中：
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
5.一种权利要求1～4任一项所述高耐热热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备方法，包括：将所述的热塑性聚氨酯弹性体和纳米粒子填料共混后，即得所述的复合材...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡仕凯，何少云，高洋洋，赵秀英，张立群，卢咏来，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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