[發明專利]力敏變色自修復智能聚酯彈性體及其制備方法

有效

• 申請號: 201811294130.5
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109456460B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 王棟;王雯雯;田時友;鄭玉竹;趙青華;梅濤;劉軻;魯振坦;王躍丹;劉瓊珍
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/42;C08G18/38
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發明公開了一種力敏變色自修復智能聚酯彈性體及其制備方法，屬于聚酯彈性體材料技術領域。本發明通過在聚酯彈性體高分子鏈中引入脲基嘧啶酮結構及螺吡喃環結構，其中，利用脲基嘧啶酮分子結構之間易可逆性的形成四重氫鍵以實現聚酯彈性體材料的自修復，而螺吡喃環的斷裂使其表面發生顏色變化，并通過顏色變化定性判斷聚酯彈性體材料的受力狀態。本發明設計的制備方法較易操作，反應時間短，后處理簡單，且產率較高，制備得到的聚酯彈性體材料既具備較長使用壽命又可對所受外力進行檢測并預警。

技術領域

本發明涉及聚酯材料，屬于智能材料技術領域，具體地涉及一種力敏變色自修復智能聚酯彈性體及其制備方法。

背景技術

熱塑性聚酯彈性體具有橡膠的彈性和工程塑料的強度，在加工溫度下，結晶微區熔化成為聚合物熔體，待成型并冷卻后，重新形成結晶微區，防止了制品的變形。因此，與橡膠相比，它具有更好的加工性能和更長的使用壽命；與工程塑料相比，它同樣具有強度高的特點，而柔韌性和動態力學性能更好。因此，TPEE在汽車工業、運動休閑業、減震材料、組織工程等諸多領域具有廣泛應用。然而，當聚酯彈性體作為結構件使用時，其在使用過程中所受的交變應力易使聚酯彈性體材料內部產生疲勞裂紋并導致材料的早期破壞，縮短其使用壽命。此外，當聚酯彈性體內部產生疲勞裂紋時，現有聚酯彈性體并不能將其內部的微觀變化向使用者直觀顯示，發揮預警作用。因此，開發一種新型聚酯彈性體，使其具備抵抗疲勞裂紋擴展及自預警作用，對提高聚酯彈性體的使用壽命、降低結構件損壞而導致的事故風險極為重要，該產品將具有廣闊的應用市場。

在本征型自修復聚合物的發展過程中，氫鍵發揮了重要作用，其具備可逆性、協同性和動態特征，可在聚合物內部實現斷裂-重組的互相轉變，進而抵抗微裂紋的擴展，其中，以荷蘭科學家Meijer等發明的以2-脲-4-嘧啶酮衍生物(UPy)為端基的氫鍵型自修復聚合物已經商品化(由SupraPolix公司生產，商品名為SupraB)，UPy自補可形成四重氫鍵二聚體，UPy基氫鍵在加熱時破壞，冷卻時形成，具有可逆性。UPy基氫鍵型超分子聚合物的自愈合行為是依靠高溫下聚合物處于液態狀態，可以填補裂紋，在室溫處于固態而實現自修復。

此外，力致響應性聚合物材料是一類能夠隨機械力變化而產生性能變化的“智能”材料，在制備外力刺激下自預警材料中顯得尤為重要。Moore等人發現具有光致變色效應的螺吡喃是一類很好的力響應性基團，通過分子結構的設計，在聚合物鏈骨架中接入該類螺吡喃便可以制備出響應力致破損而發生性狀改變的力致響應性聚合物材料，這些材料具有明顯的斷裂自預警功能。

然而，目前并未有報道通過在聚酯彈性體高分子鏈中同時引入螺吡喃結構及脲基嘧啶酮結構(UPy)，生產制備可對材料的性能劣化產生預警，同時在一定程度上通過自修復延緩材料老化的高分子材料。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明公開了一種既具備斷裂自預警功能，又具備自修復能力的力敏變色自修復智能聚酯彈性體及其制備方法。

為實現上述目的，本發明公開了一種力敏變色自修復智能聚酯彈性體，所述智能聚酯彈性體在材料性能劣化時產生顏色變化預警并實現自修復，它的分子鏈中包括具備脲基嘧啶酮結構、螺吡喃結構的衍生物，脲基嘧啶酮衍生物的分子結構式如下式A所示，螺吡喃衍生物的分子結構式如下式B所示：

其中，式A所示的脲基嘧啶酮衍生物的具體制備過程如下所示：

上述具體合成路線中標號為1和2的試劑均為阿拉丁試劑(CAS號分別為517-23-7、593-85-1)。

其中，式B所示的螺吡喃衍生物的具體制備過程如下所示：

上述具體合成路線中標號為1，2和5的試劑均為TCI(梯希愛)試劑(CAS號分別為1640-39-7、540-51-2、16644-30-7)。