[发明专利]一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法

说明书

本发明属于聚氨酯阻尼材料的技术领域，公开了一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法。所述聚氨酯阻尼材料主要由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～25重量份，二硫扩链剂0.9～3重量份，吡啶扩链剂0.2～1.1重量份；二硫扩链剂为芳香族二硫扩链剂；吡啶扩链剂为2，6‑二氨基吡啶、吡啶‑2，6‑二羧酸中的一种以上。本发明还公开了聚氨酯阻尼材料的制备方法。本发明的材料兼具良好力学性能与阻尼性能并具有自修复性能。本发明的材料有效阻尼温域(tanδ≥0.3)宽度约120℃，力学性能优异(拉伸强度可达15MPa，断裂伸长率超700％)，自修复效率达70％以上。

技术领域

本发明属于功能聚氨酯材料领域，具体涉及一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法。

背景技术

随着工业及科技的发展与进步，噪声与振动给人们的生产生活带来越来越大的影响。一方面，振动和噪声极大地危害了人们的身心健康；另一方面，设备机械的可靠与稳定性、精度也受到较大影响，产生疲劳破坏。阻尼材料作为减振降噪的有效措施之一，能够有效地吸收振动机械能，将其转化成热能耗散掉，从而减轻振动噪声带来的各种不良影响。

聚合物基材料，特别是弹性体材料因其特有的粘弹性而具有优良的阻尼性能，是一类重要的阻尼材料。宽温域高阻尼材料要求至少在60℃～80℃的温域范围内阻尼因子tanδ≥0.3。弹性体阻尼材料的缺点在于其玻璃化转变温域一般较窄，约20℃～40℃，且大都位于室温以下，其在室温以上的阻尼性能不佳，难以满足实际应用的需求。专利申请CN106146799A公开了一种含动态二硫键的交联结构聚氨酯阻尼材料，其有效阻尼温域超过220℃，但力学性能较差，不利于该聚氨酯阻尼材料的应用，且聚氨酯阻尼材料采用的是聚酯二元醇，材料的自修复性能差；专利CN110894277A公开了一种基于二硫键及悬挂链结构的宽温域聚氨酯材料，悬挂链的引入能够有效拓宽聚氨酯的阻尼温域(≥170℃)，但该材料的力学性能大大降低；专利申请CN112126034A公开了一种混合软段型聚氨酯阻尼材料，通过引入聚醚及聚酯多元醇以及小分子二醇类扩链剂，合成制备的聚氨酯拉伸强度可达9.7MPa，但其阻尼温域仅有49℃。可以看到，聚合物阻尼材料的阻尼性能与力学性能难以平衡，无法同时满足现实中的应用要求，限制了聚氨酯阻尼材料的应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于动态二硫键与氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料及制备方法。本发明在聚氨酯预聚物中引入混合扩链剂(如：羧基二硫化物及氨基吡啶)，反应形成含酸酐基、脲基及氨基甲酸酯基等不同官能团的聚氨酯弹性体，从而形成强度不同的氢键作用并引入二硫键。通过改变扩链剂配比来调控脲基间距，赋予体系最佳的氢键作用，对提高聚氨酯的阻尼及力学性能有积极作用；芳香族二硫键能够在室温以上自发进行二硫键的动态交换，改善分子链段的运动能力，使分子间摩擦力增大，消耗能量。本发明依靠二硫键及强度不同的氢键作用，从分子及介观等多尺度来调控聚氨酯的氢键作用、微相混合度及结晶度，从而拓宽聚氨酯的阻尼温域，同时提高其力学性能。本发明的聚氨酯阻尼材料阻尼温域大于110℃，强度高于10MPa。本发明的聚氨酯阻尼材料兼具良好的阻尼及力学性能，可有效地解决以往聚氨酯阻尼材料的阻尼性能和力学性能难以平衡的问题。另外，本发明的阻尼材料还具有自修复性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于动态二硫键与不同强度氢键作用的高性能聚氨酯阻尼材料，主要由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～25重量份，二硫扩链剂0.9～3重量份，吡啶扩链剂0.2～1.1重量份。

所述聚氨酯预聚物是由聚醚多元醇与二异氰酸酯在催化剂作用下反应得到；聚氨酯预聚物中，聚醚多元醇与多异氰酸酯重量比为(6～20)∶(3～5)。

所述二硫扩链剂为芳香族二硫扩链剂，具体为2，2′-二硫代二苯甲酸(DTSA)、4，4′-二氨基二苯二硫醚(4-DTDA)、2，2′-二氨基二苯二硫醚(2-DTDA)、3，3′-二羟基二苯二硫醚(3-DDPS)、双(4-羟苯基)二硫醚(4-DDPS)中的一种以上；