[發(fā)明專利]具有近紅外光熱效應的本征黑色聚氨酯及其制備和應用

有效

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• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112521574B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設計）人: 張彥峰;陳興幸
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C08G18/38
• 分類號: C08G18/38;C08J5/18;C08L75/04
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

具有近紅外光熱效應的本征黑色聚氨酯及其制備和應用，原料及合成為：將多官能度的異氰酸酯和聚氨酯催化劑混合均勻后，加入與異氰酸酯基等官能度的對苯醌二肟，以保證體系總的肟官能團摩爾數(shù)與異氰酸酯基摩爾數(shù)相等，而形成高度交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡；將混合后的體系加入密煉機中，60～80℃進行密煉4～10h，得到棕色的粉末材料，將粉末材料在平板硫化機中進行熱壓，熱壓條件為140～160℃,4～6MPa進行熱壓30～50min，得到均勻的本征性的黑色薄膜；該薄膜在近紅外光照射下，具有顯著的光熱效應，光照后產(chǎn)生的大量的熱，可觸發(fā)動態(tài)肟氨酯鍵動態(tài)解離和重組，促使交聯(lián)的聚氨酯可實現(xiàn)快速高效的焊接和形狀記憶恢復，能夠應用在焊接和形狀記憶恢復領域。

技術領域

本發(fā)明涉及功能高分子材料領域，特別涉及一種具有近紅外光熱效應的本征黑色聚氨酯及其制備和應用。

背景技術

傳統(tǒng)的熱固性樹脂由于高度穩(wěn)定的化學交聯(lián)而表現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能、耐熱性、耐溶劑性等。但是經(jīng)過穩(wěn)定共價鍵交聯(lián)的熱固性樹脂，由于過于穩(wěn)定的化學交聯(lián)而導致材料一經(jīng)固化后便不能再重新塑型，進而導致嚴重的能源損耗和環(huán)境污染。動態(tài)共價鍵是一類在外界合適的刺激條件下可發(fā)生斷裂和重組過程的一類化學鍵。相比于傳統(tǒng)穩(wěn)定的化學交聯(lián)鍵，其具有較低的共價鍵鍵能。從而賦予共價鍵交聯(lián)的高分子以良好的可重塑性、可愈合性、可焊接性、可回收性等。

目前大多數(shù)的動態(tài)共價鍵的動態(tài)交換過程的刺激源是通過直接加熱、壓力、或者加熱和壓力同時刺激。直接加熱或者壓力刺激對平面材料或者形狀規(guī)矩的材料比較適宜，但是當所面對的材料為不規(guī)則的三維立體形狀時，很顯然采用直接加熱或者壓力去處理材料是不可取的。利用光響應行為觸發(fā)動態(tài)共價鍵的交換是近年來一大研究熱點。

含動態(tài)雙硫鍵的高分子由于其在光照作用下，雙硫鍵解離產(chǎn)生自由基，可發(fā)生自由基反應的特點而被用來研究光控焊接、自愈、重塑等性能。如美國的凱斯西儲大學Rowan報道了一類雙硫鍵基的可紫外光照修復的高分子，但是該高分子制備過程較為繁瑣，且刺激的光源為能量較高的紫外光(ACS Macro Lett.2013,2,694-699)；Matyjaszewski報道了一類可見光響應的秋蘭姆二硫鍵，該化學鍵在可見光刺激下可賦予材料良好的自愈合性，但是所制備材料的斷裂強度和最高模量僅僅分別為2.0±0.3MPa,10.8±1.3MPa(Adv.Mater.2012,24,3975–3980)。因此通過光刺激實現(xiàn)高強度、高模量的熱固性樹脂的可塑化、可加工、可焊接及其功能化備受挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種具有近紅外光熱效應的本征黑色聚氨酯及其制備和應用，對苯醌二肟與異氰酸酯基反應后特殊的共軛結構賦予最終的交聯(lián)高分子以本征的黑色特征，由于黑色的表面對較寬波長范圍的光具有較大的吸收，當采用808nm的近紅外光對黑色薄膜材料表面進行光照，由于黑色表面對光的吸收產(chǎn)生大量的熱，熱量觸發(fā)動態(tài)肟氨酯鍵的動態(tài)交換，促使高模量、高強度的熱固性聚氨酯材料的焊接行為的高效發(fā)生，另外光熱效應產(chǎn)生的熱量可激活形狀記憶中臨時形狀內(nèi)的儲存的應變能，促使材料的熵恢復至起始形狀的熵狀態(tài)，從而促進形狀記憶的恢復。

具有近紅外光熱效應的本征黑色聚氨酯，原料包括：多官能度的異氰酸酯、聚氨酯催化劑和對苯醌二肟，聚氨酯催化劑用量為體系中多官能度的異氰酸酯和對苯醌二肟總質(zhì)量分數(shù)的0～1％，對苯醌二肟中的肟基摩爾數(shù)與異氰酸酯基摩爾數(shù)相等。

所述的多官能度的異氰酸酯為六亞甲基二異氰酸酯三聚體(HDI三聚體)、異佛爾酮二異氰酸酯三聚體(IPDI三聚體)、二環(huán)己基甲烷-4,4-二異氰酸酯三聚體(HMDI三聚體)、三苯基甲烷三異氰酸酯、L-賴氨酸三異氰酸酯中任意一種或其多種任意比例混合物。

所述的聚氨酯催化劑為：2-乙基己酸鉍(U600)、二月桂酸二丁基錫(DBTDL)、三乙醇胺、三亞乙基二胺、吡啶、N-乙基嗎啡啉、N,N-二甲基吡啶、二亞乙基三胺、二甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、辛酸亞錫、三乙胺、新癸酸鉍中的一種或者多種任意比例混合物。