[發(fā)明專利]一種全透明高強度自修復聚氨酯彈性體、制備方法及應用

有效

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• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108503782B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 董俠;來悅;朱平;匡曉;劉學新;王篤金
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08G18/75
• 分類號: C08G18/75;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/10;C08G18/32;C08L75/08;C08L25/06;C08L79/02
• 代理公司: 北京元中知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11223
• 代理人: 另婧

本發(fā)明屬于材料技術領域，具體地說，涉及一種全透明高強度自修復聚氨酯彈性體、制備方法及應用。所述的全透明高強度自修復聚氨酯彈性體包括氨基甲酸酯和雙硫鍵結(jié)構(gòu)單元，結(jié)構(gòu)式如式(I)所示：其中雙硫鍵被設計和分相調(diào)控分布于硬段區(qū)域之中，能夠起到自修復和微分相結(jié)構(gòu)調(diào)整作用，對于物理機械性能具有增強增韌作用。與現(xiàn)有技術的含有雙硫鍵的聚氨酯共聚物彈性體相比，本發(fā)明的全透明自修復聚氨酯彈性體，其在機械強度、韌度、透明度等方面的性能要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)聚氨酯彈性體。

技術領域

本發(fā)明屬于材料技術領域，具體地說，涉及一種全透明高強度自修復聚氨酯彈性體、制備方法及應用。

背景技術

自修復是材料本身對缺陷自我判斷、控制和恢復的能力，為生物體重要特征之一，也是智能材料所具有的功能之一。具有自修復功能的材料能夠自行發(fā)現(xiàn)裂紋，并通過一定機理將裂紋重新填補，自行愈合。目前制備自修復材料的方法分為兩類：一類是在材料內(nèi)部復合功能型物質(zhì)實現(xiàn)自修復，也稱為外援型自修復；另一類是通過向體系提供能量，使材料本身發(fā)生共價或非共價作用實現(xiàn)自修復，也稱為本征型自修復。外援型自修復主要方法包括：微膠囊自修復(如雙環(huán)戊二烯自修復劑體系、環(huán)氧樹脂自修復體系等)、空心纖維自修復、納米粒子自修復、微脈管自修復等；本征自修復類型包括可逆共價鍵(如Diels-Alder反應、巰基化學等)、可逆非共價鍵(如離子聚合物、氫鍵等)。由于具有位點專一性、高效修復能力、生產(chǎn)加工簡單(省去了預先將修復劑包埋等復雜步驟)以及環(huán)境友好等特性，作為本征型自修復高分子材料制備技術成為研究者的熱衷和追求，并在涂層、仿生材料、航天及航空材料、電子元器件等領域應用。研究文獻顯示，在高分子自修復材料中，自修復功能聚氨酯材料具有廣闊應用前景，成為研究熱點。作為涂層智能材料，研究者公開許多合成自修復聚氨酯的方法，并應用于紡織品、金屬等表面涂覆，用于智能防護等目的。但在目前所公開文獻中，所述具有自修復聚氨酯材料未能實現(xiàn)像玻璃透明之效果，而具有全透明自修復聚氨酯材料成為光學器件、航天航空、汽車表面等智能涂層領域必不可少的材料品種。

理論分析和現(xiàn)有文獻可知，制備具有快速自修復能力、全透明、高強度聚氨酯，必須解決快速自修復、全透明和高強度之間的矛盾。具有快速自修復能力的全透明聚氨酯材料必須具有：1、嚴格控制自修復聚氨酯分子量大小，保證分子在自修復過程中的快速遷移性；2、具有足夠數(shù)量的可逆化學鍵(共價鍵或非共價鍵)，保證分子之間的結(jié)合強度；3、自修復聚氨酯超分子結(jié)構(gòu)必須為全無定形(全無結(jié)晶)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，保證光線在材料內(nèi)部無反射和折射現(xiàn)象，全部透過自修復聚氨酯材料。為了使自修復聚氨酯材料達到優(yōu)異的實用性，所制備的自修復聚氨酯材料應同時具有高強度，面對自修復全透明聚氨酯材料中分子量大小和全無定形超分子結(jié)構(gòu)限制，本發(fā)明通過設計納米尺度的微分相結(jié)構(gòu)，通過分子之間在一定尺度上的物理糾纏，實現(xiàn)自修復全透明聚氨酯的高強度，從而完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種全透明高強度自修復聚氨酯彈性體及其制備方法，通過本發(fā)明方法制備出的聚氨酯彈性體具有優(yōu)異的光學性能和物理機械性能，同時具有高效率自修復功能。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種全透明高強度自修復聚氨酯彈性體，其中，所述的全透明高強度自修復聚氨酯彈性體包括氨基甲酸酯和雙硫鍵結(jié)構(gòu)單元，結(jié)構(gòu)式如式(I)所示：

本發(fā)明所述的全透明高強度自修復聚氨酯彈性體的透光率至少為100％；

本發(fā)明所述的全透明高強度自修復聚氨酯彈性體的拉伸力學強度至少為22MPa；

本發(fā)明所述的全透明高強度自修復聚氨酯彈性體的表面劃痕全修復時間低于125s。

本發(fā)明所述的全透明高強度自修復聚氨酯彈性體為以聚醚二元醇作為軟段、以4,4-二異氰酸酯二環(huán)己基甲烷和/或2-羥乙基二硫化物作為硬段的共聚物。