[发明专利]一种水性自修复功能的聚氨酯树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水性自修复功能的聚氨酯树脂，按重量份包括以下原料组分：多元醇35～60份，多异氰酸酯30～45份，阴离子型亲水扩链剂3～5份，小分子双硫键扩链剂9～15份，催化剂0.1～0.2份，三乙胺2～4份，小分子水溶性二元胺扩链剂4～8份；本发明还包括上述的水性自修复功能的聚氨酯树脂的制备方法。本发明可展现出微划伤自修复性、水可稀释性、高强度和高弹性等优异性能，可在混凝土涂层、防腐涂层、汽车涂料、3C产品、生物医药材料、锂电池以及航空航天等领域得到广阔应用。

技术领域

本发明涉及有机高分子材料领域，具体涉及一种水性自修复功能的聚氨酯树脂及其制备方法。

背景技术

自修复聚氨酯材料作为一种新型智能材料，能够通过模拟生物体损伤愈合的机理来实现修复在使用过程中因外力作用而产生的裂纹或局部损伤，从而恢复其原有的功能，延长其使用寿命。

当前自修复聚氨酯所采用制备方法，有在聚氨酯本体结构中植入热可逆Diels-Alder(DA) 共价键，即带有热可逆化学键的材料在受到损伤后，可以在热处理的条件下，达到对材料损伤的修复效果，例如专利号CN105176063B、CN107216643A、CN108912371A等公开内容都是采用该原理；有在聚氨酯本体结构中植入二硫键，通过“硬段锁定”和“微相分离控制”相结合的策略展开，以二硫键自愈聚氨酯弹性体来达到自修复功效，例如专利号CN108503782A和 CN106589289A公开内容都是采用该原理；有通过引入具有拓扑结构所特有的形状记忆自修复聚氨酯，以拜耳材料科技的科学家设计的具有特殊分子结构的丙烯酸聚氨酯采用此法。

目前较为活跃的高性能自修复聚氨酯弹性体大多系溶剂型，在制备和使用过程需要大量有机溶剂进行稀释，给环境和应用中带来诸多不利；在水性自修复材料中，研究较多的材料大多都是水凝胶，因水凝胶大多在自身机械强度、韧度和可施工性等方面存在较为明显的缺陷，几乎无法推广应用于材料领域中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种水性自修复功能的聚氨酯树脂及其制备方法,本发明基于水性聚氨酯结构的可裁剪性和修饰性，在聚氨酯本体结构中以“硬段锁定”和“微相分离控制”提供高强度、高伸长率性能；植入动态二硫键可在室温下进行动态二硫交换反应，和通过水性化设计和水性脂肪二元胺扩链带入氨基封端悬挂链的聚氨酯结构和大量高强高模聚脲键，以此促进多重氢键的形成、提高氢键含量，为材料温和条件下的自修复提供保障；并且利用六次亚甲基二异氰酸酯三聚体或六次亚甲基二异氰酸酯三聚体的水性化与材料残留的氨基封端悬挂链的聚氨酯结构基团或进一步提供多重氢键的形成、提高氢键含量，使其具有溶剂型自修复高性能聚氨酯弹性体诸多优异性能和额外的水可稀释性，可展现出在微划伤自修复性、水可稀释性、高强度和高弹性等优异性能，可在混凝土涂层、防腐涂层、汽车涂料、3C产品(表面镀层保护)、生物医药材料、锂电池以及航空航天等领域等领域广泛应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种水性自修复功能的聚氨酯树脂，其特征在于，按重量份包括以下原料组分：

多元醇35～60份，

多异氰酸酯30～45份，

阴离子型亲水扩链剂3～5份，

小分子双硫键扩链剂9～15份，

催化剂0.1～0.2份，

三乙胺2～4份，

小分子水溶性二元胺扩链剂4～8份。

本发明进一步的技术方案为：所述多元醇包括聚四氢呋喃醚二元醇、聚碳酸酯二元醇和聚己二酸1,6-己二醇二元醇，多元醇的平均分子量分布在800-3000g/mol。

进一步，所述多元醇的平均分子量为1000g/mol。