[发明专利]一种本征型自修复和可回收的聚氨酯聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种本征型自修复和可回收的聚氨酯聚合物，包括如下按重量份计的原料：含芳香片呐醇结构的二元醇单体0.6~1.8份，聚酯或聚醚二元醇单体2.5~22.5份，多异氰酸酯单体0.5~2.0份，二异氰酸酯单体0.6~2.0份，多元醇或多元硫醇单体交联剂0.1~0.6份；本发明同时提供了上述聚氨酯聚合物的制备方法和应用，本发明提供的聚氨酯聚合物可实现自修复和回收利用，其自修复与回收机理在于聚合物分子链中芳香片呐醇中心可逆C‑C的优先断裂，并通过界面分子链扩散、渗透、缠结，进而发生分子层面上的热可逆反应，使得聚合物损伤面或破碎颗粒间大分子链交换重组，实现自修复和固态回收，因而有利于延长聚合物材料的使用寿命、节能、减少资源浪费，符合全球低碳经济的发展趋势。

技术领域

本发明属于智能聚合物材料技术领域，更具体地，涉及一种本征型自修复和可回收的聚氨酯聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

聚合物及其复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳性能优良、减震性好，过载安全性能高，成型方便，耐腐蚀、优异的电绝缘性能等优点，克服了传统金属和无机非金属的局限性，被广泛应用于诸多领域。然而，在加工成型和使用过程中，聚合物材料不可避免会产生微裂纹等缺陷，容易导致材料稳定性的降低，缩短其服役期限，甚至造成安全隐患。如何提高聚合物材料的使用寿命和稳定性，实现高性能化和环境友好化是聚合物材料亟待解决的关键问题之一。

智能材料源于仿生学，是一种能感知和响应外界环境变化，通过改变自身结构和功能使之与外界相协调的自适应材料系统。其中，仿生自修复材料可以自诊断和自愈合材料中的损伤，确保材料的长期稳定性和可靠性，延长使用期限，消除潜在隐患，具有巨大的潜在应用前景，近年来已成为材料科学研究热点之一。聚合物基自修复材料大致可分为埋植型自修复和本征型自修复两大类。埋植型自修复需要外加修复剂或催化剂，难以实现相同部位的重复修复。本征型自修复因利用大分子中所含可逆键合的特性，在外界条件(如热、光、电、pH等)刺激下，可实现裂纹的自愈合，理论上具有无限次的修复能力。目前报道的基于动态可逆键的本征型自修复高分子材料，因为可逆键的动态性，主要呈现为凝胶和弹性体材料，强度普遍不高，不适合作为承载的结构材料使用。

从键能的角度考虑，碳碳单键具有较高的键能(376.6kJ/mol)和稳定性，而且单体结构的可扩展性较强，有希望应用于较高强度结构用自修复材料。近年来人们利用DA键的可逆特性，制备了一系列本征自修复材料，但DA键不具备动态可逆性，需要在两个温度下分别进行正逆DA反应才能完成自修复，而且在逆DA反应时，材料解聚，无法保持材料承载能力和形状，局限性较大，因此有必要发展基于动态热可逆碳碳单键的自修复化学。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术中的不足，提供了一种本征型自修复和可回收的聚氨酯聚合物。

本发明的另一目的在于提供上述本征型自修复和可回收的聚氨酯聚合物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述本征型自修复和可回收的聚氨酯聚合物在制备自修复和可回收材料中的应用。

本发明提供的聚氨酯聚合物材料产生损伤时，只需在惰性气体或空气中进行简单的对接和加热修复处理，即可实现微损伤的自动修复。此外，聚合物粉碎后可通过热压成型技术或者溶剂辅助的浇注成型技术实现聚合物材料的回收利用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种本征型自修复和可回收的聚氨酯聚合物，包括如下按重量份计的原料：

所述多异氰酸酯单体的官能度大于3；所述多元醇或多元硫醇单体交联剂的官能度大于3；

所述的含芳香片呐醇结构的二元醇单体结构式如式I所示：