[发明专利]一种自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法：制备水性聚氨酯乳液；将纤维素纳米晶粉末或水分散体与含马来酰亚胺基团的羧酸在去离子水中混合，边加热反应，边抽真空除水后得到马来酰亚胺接枝纤维素纳米晶；将水性聚氨酯乳液和马来酰亚胺接枝纤维素纳米晶混合，超声分散均匀，加热得到自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料。通过含呋喃环扩链剂和/或封端剂将呋喃环引入到水性聚氨酯大分子链结构中，通过酯化反应将马来酰亚胺基团接枝于纤维素纳米晶表面，将二者混合均匀加热后制得新型自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料，有利于水性聚氨酯于纤维素纳米晶的直接均匀紧固复合，提高了材料的力学性能和自修复性能。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯具有良好的物理性能，具有无毒、不燃、无污染、节省资源以及易储存，使用方便等优点而受到人们的广泛关注，应用领域非常广泛。但水性聚氨酯与大多数高分子材料一样，在实际使用中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，并由此引发宏观裂缝而发生断裂，影响材料其正常使用和缩短使用寿命。另外，水性聚氨酯相对于溶剂型聚氨酯相比，耐溶剂性和机械力学性能差，因此，实现水性聚氨酯自修复和提高其力学性能是现实而重要的问题。

目前鲜有对于自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的研究报道，NicharatA等人报道熔融共混法制备聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的方法(Journal of AppliedPolymer Science,2017,134(27),45033)。然而以上复合材料仅实现了聚氨酯与纤维素纳米晶的复合而不具有自修复功能性，且复合方法需要有机溶剂或者高温，不利于环保及纤维素纳米晶的均匀分散。

本发明专利提供了一种基于DA反应的自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料及其制备方法。通过含呋喃环的水性聚氨酯于马来酰亚胺基团接枝的纤维素纳米晶复合，使材料具有自修复性能，提高了其综合性能，应用前景广泛。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，本发明制备得到的自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料具有良好的力学性能和良好的自修复性能。

本发明提供了一种自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料的制备方法，包括：

A)制备水性聚氨酯乳液；

a)将大分子二元醇加热脱水后与二异氰酸酯搅拌反应，得到第一预聚体；

b)将第一预聚体与有机溶剂、含呋喃环的小分子二醇扩链剂、亲水扩链剂、封端剂和催化剂反应得到第二预聚体；

c)将第二预聚体与中和剂中和，再在去离子水中与二胺扩链剂反应，分散乳化后，脱去溶剂，得到水性聚氨酯乳液；

B)将纤维素纳米晶粉末或水分散体与含马来酰亚胺基团的羧酸在去离子水中混合，边加热反应，边抽真空除水后得到马来酰亚胺接枝纤维素纳米晶；

C)将水性聚氨酯乳液和马来酰亚胺接枝纤维素纳米晶混合，加热得到自修复水性聚氨酯/纤维素纳米晶复合材料。

优选的，所述大分子二元醇选自聚醚二元醇和聚酯二元醇中的一种或几种；其中所述的聚醚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种；所述的聚酯二元醇为聚己内酯二醇、聚己二酸乙二酯二醇、聚己二酸-1,3-丙二酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二酯二醇和聚碳酸酯二醇中的一种或几种；所述大分子二元醇的分子量为400～20000。

优选的，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯和4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种；