[發明專利]一種環保型柔性導電聚氨酯及其制備方法

在審

• 申請號: 202210134031.0
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN115286991A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 黃志超;田千俊;戚棟明;王琳
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C09D175/08
• 分類號: C09D175/08;C09D5/24;C08G18/32
• 代理公司: 新余市渝星知識產權代理事務所(普通合伙) 36124
• 代理人: 廖平

本發明公開了一種環保型柔性導電聚氨酯及其制備方法，由組分A與組分B按照一定質量比通過雙組分預聚物原位無溶劑共混聚合法制備而成，其中A組分由多元醇、T型擴鏈劑、雙硒二元醇、高導炭黑、分散劑、催化劑、流平劑等組成；B組分由多異氰酸酯、多元醇、多壁碳納米管、分散劑等組成。本發明聚氨酯具有可靠的導電功能，且損傷的導電聚氨酯材料在室溫或光照條件下具有自恢復性能，可以通過調節軟硬段分子的微相分離值HBI(0.5～3.0)，達到調控不同手感和不同機械性能，有機污染物排放量(VOCs)低于50mg/kg，綠色環保，具有很好的工業化應用前景。

技術領域

本發明涉及柔性導電材料制備領域，具體涉及的是一種環保型柔性導電聚氨酯樹脂及其制備方法。

背景技術

聚氨酯樹脂是以異氰酸酯、多元醇、小分子擴鏈劑為原料合成的主鏈上帶有氨基甲酸酯基單元的一類高分子化合物的總稱。聚氨酯樹脂可制成聚氨酯塑料、聚氨酯纖維、聚氨酯橡膠及彈性體、聚氨酯涂料、聚氨酯粘合劑及聚氨酯合成革等，是一種非常理想的柔性材料。

聚氨酯柔性導電材料是一種導電性與柔性兼備的新型復合材料，廣泛應用于可穿戴電子設備、柔性傳感器和電子皮膚等領域。然而普通柔性導電材料在使用過程中摩擦、拉伸、彎曲、折皺作用使其產生破損，進而影響導電性能，最終影響設備正常功能。因此將自修復或者自愈合功能引入到柔性導電材料中可以提高聚氨酯材料導電的可靠性。

傳統聚氨酯柔性導電材料一般采用溶劑法制備，這種方法使用大量有毒有害溶劑，不但造成生產加工過程的不環保，污染環境；而且使終端產品的不環保，甚至危及消費者身體健康。

針對上述問題，具有自修復功能的無溶劑型聚氨酯是一種能夠很好解決上述問題的方法。當前，聚氨酯自修復功能研究熱點是本征型自修復，主要以化學鍵的斷裂重組來實現材料的自修復。常見的本征型自修復機理有S-S鍵、Diels-Alder反應、氫鍵等。二硫鍵、Diels-Alder反應合成的聚氨酯自修復需要高溫或者在強紫外線的條件下才可實現，這限制了它的應用范圍。文獻中關于合成自修復聚氨酯的技術方案中，大多需要引入溶劑，環保性要求低。

公開號為CN111825872A的發明專利通過基于DA熱可逆反應的聚氨酯負載納米銀線的自修復型導電薄膜，修復性能良好。然而，其需要在高溫條件下才能實現自修復效果；此外，制備的聚氨酯薄膜需要使用有機溶劑，不環保；負載的導電納米銀線成本高、不經濟性，這些都嚴重影響了它的應用前景。

公開號為CN110527120A的發明專利通過在自修復聚氨酯樹脂中加入導電填料制成導電自修復聚氨酯薄膜。然而，其使用過程中需要加入溶劑，最后需要除去溶劑，容易造成污染問題。加入填料，也難以調控出優良導電性與優良機械性能兼備的聚氨酯樹脂薄膜，影響了其使用前景。

因此，將導電材料引入自修復聚氨酯體系中，還存在一些共性問題，通常是為了提高聚氨酯導電性，引入導電材料過多，這樣必然會破壞聚氨酯原有的機械性能和修復性能，或者是利用成本很高的納米銀線、納米銀針等造成的不經濟性。

發明內容

基于以上問題，本發明通過引入低成本的一維棒狀多壁碳納米管和球狀高導炭黑，使其分散在聚氨酯樹脂基體中形成特殊的連續結構，從而達到良好的導電性能；通過引入常溫或者光照條件下就能驅動自修復反應的雙硒結構保證導電材料結構的連續性，從而提高導電性能的可靠性；本發明選用無溶劑體系制備保證制備過程和終端產品的環保性；本發明采用軟硬段分子結構微相分離程度可調控導電聚氨酯的機械性能、手感、柔軟度等。

本發明提供了一種環保型柔性導電聚氨酯的制備方法，包括以下步驟：

S1、制備組分A，將多元醇、雙硒二元醇、T型擴鏈劑中的一種或多種加熱到50～130℃，再加入高導炭黑和分散劑，邊超聲邊攪拌，再加入催化劑和流平劑，得到含端羥基聚合物，即組分A；