[发明专利]仿生启发的具有超韧、超拉伸及自修复高回弹性聚氨酯弹性体的制备方法

说明书

一种仿生启发的具有超韧、超拉伸及自修复高回弹性聚氨酯弹性体的制备方法，原料包括聚四氢呋喃、1,6‑己二异氰酸酯，乙酰丁内酯，碳酸胍，2,6‑二氨基吡啶，无水三氯化铁等。制备包括以下步骤：1)合成多重氢键单体；2)含有多重氢键及金属络合键的弹性体制备；本发明的优点在于：聚氨酯弹性体网络中含有大量的多重氢键和金属络合键，因此弹性体具有优异的力学性能：超韧、超拉伸。非共价键的动态可逆性赋予了该弹性体自修复性。该弹性体制备方法简单，原料丰富，与传统的聚氨酯弹性体相比，具有可调控的韧性、拉伸性，及优异的自修复性和高回弹性，在可穿戴，密封垫，热熔胶等领域有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，特别是涉及一种具有超韧、超拉伸及自修复高回弹聚氨酯弹性体的制备方法。

背景技术

聚氨酯弹性体是一种重要的功能材料，具有高强度、高韧性、耐磨、耐油等优异的综合性能，被广泛应用于国民经济众多领域，如轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防等。聚氨酯弹性体可分为热固性和热塑性弹性体。热固性弹性体具有较高的模量，但其延展性差，不可回收。而热塑性弹性体韧性好，但其模量低，力学性能差。虽然聚氨酯弹性体的发展已经取得了很大的进展，但要获得具有优异的力学性能(高强度、高韧性和超拉伸)、同时具有优异的自修复以及高回弹能力的聚氨酯弹性体仍然是困难的。

最近，将动态非共价键(如氢键、金属-配体和离子相互作用等)作为牺牲键引入到聚合物网络中受到了材料学家的高度关注。在这些含有牺牲键的材料中，牺牲键可在较小的形变下承受载荷并先于聚合物网络中的共价键断裂，因此耗散了大量的能量，从而提高了聚合物材料的机械性能。此外，由于牺牲键的动态可逆性，聚合物材料同时具备了优异的自修复能力和高回弹能力。

因此，将动态非共价键引入到聚氨酯弹性体材料中，开发出一种具有超韧、超拉伸并同时可修复的高回弹的弹性体在高性能的功能材料中有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是解决了现有聚氨酯弹性体机械强度低且不可修复、回弹性低的问题，提供一种具有超韧、超拉伸并同时可修复的高回弹的弹性体的制备方法。

该方法是受到了自然中生物组织的肌联蛋白及海洋贻贝的多级结构的启发，将多重氢键和金属络合键同时引入到线性的聚氨酯主链中，从而增强了聚氨酯弹性体的力学性能。首先，多重氢键的二聚作用，可作为聚合物网络的物理交联点，在拉伸过程中，二聚体连续的解离和结合使得弹性体具有丰富的载荷分散点，从而显著地提高了弹性体的韧性。其次，金属离子和聚合物中的配位化合物之间形成的络合键可逆地断裂及结合的能力，赋予了弹性体在拉伸过程中优异的能量耗散，从而再次提高了材料的强度和韧性。最后，基于多重氢键和金属络合键协同的动态可逆特性，弹性体展现出了优异的自修复性和高回弹性。

本发明的技术方案：

一种仿生启发的具有超韧、超拉伸及自修复高回弹性聚氨酯弹性体的制备方法，步骤如下：

步骤1)多重氢键单体(HDI-UPy-HDI)的合成

步骤1.1)多重氢键前体的合成：将2-乙酰丁内酯，碳酸胍和三乙胺按1:1.1:2.1～1:1.2:2.2的摩尔比溶解在40ml无水乙醇中，95～100℃下回流反应1小时。混合物从浑浊逐渐变得澄清，并继续反应3小时。反应完后，混合液通过过滤得到沉淀，并用乙醇洗涤三次，最后在真空干燥箱中室温干燥24小时获得白色粉末固体即多重氢键前体。

步骤1.2)将上述反应得到的多重氢键前体和1,6-己二异氰酸酯(HDI)按1:10～1:11的摩尔比加入含有1ml的吡啶且配置有磁子的100ml圆底烧瓶中，在氮气保护下，将混合物溶液在95～100℃搅拌下反应2小时，随后冷却至室温，反应混合物经过10倍体积的石油醚洗涤，出现白色沉淀，将得到的白色沉淀用正己烷洗涤三次，最后室温真空干燥，得到白色粉末状固体即多重氢键单体(HDI-UPy-HDI)。

步骤2)聚氨酯弹性体的制备