[发明专利]一种含有六重分子间氢键的自修复聚氨酯弹性体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含有六重分子间氢键的自修复聚氨酯弹性体，该聚氨酯弹性体制备工艺简单、以2,6‑二氨基吡啶或2,6‑二氨基吡啶的衍生物为扩链剂，制备得到的聚氨酯弹性体具有良好的机械性能，最大拉伸量达到2500％以上，且弹性滞后较小、耐疲劳，将含该有六重分子间氢键的自修复聚氨酯弹性体反复拉伸100次，瞬时形变恢复率达到98％，反复拉伸1×10supgt;4/supgt;次后，形变恢复率仍大于95％；此外，含有六重分子间氢键的自修复聚氨酯弹性体在2s内可实现深30μm宽20μm划痕的100％自修复，而且修复后的聚氨酯弹性体力学性能优异，在柔性电子、表面镀层保护、生物医药材料、新能源以及航空航天等领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于自修复弹性体材料的技术领域，尤其涉及一种含有六重分子间氢键的自修复聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术

材料实现弹性化、多功能化是现今材料创新发展的核心挑战之一。现有的弹性体材料普遍存在缺口敏感、耐疲劳性差，弹性滞后严重的问题，因此迫切需要开发一类弹性体材料能够解决这些问题。

自修复材料作为一种智能材料，能修复在使用过程中产生的裂纹或局部损伤，从而恢复原有功能，延长使用寿命。自修复材料主要分为复合型自修复材料和本征型自修复材料两种。复合型自修复材料通过微囊结构设计实现，本征型自修复材料通过分子结构设计构建非共价键或动态共价键来实现自修复。而基于非共价键的本征型自修复材料在加工生产、抗缺口敏感、耐疲劳性等方面具有较大的优势。因此通过分子结构设计开发一种非共价键型自修复弹性体具有重要意义。

聚氨酯弹性体的聚集态结构包括硬段相、软段相及中间相。低聚物多元醇或低聚多元胺构成软段相，异氰酸酯及小分子扩链剂形成硬段相，在分子链中软段与硬段相互交替，形成嵌段结构，由于硬段与软段在热力学上的不相容性导致了微相分离。硬段间存在分子氢键键合。

公开号为CN112794979A的中国专利文献中公开了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：(1)以2-乙酰丁内酯，碳酸胍、三乙胺和1,6-己二异氰酸酯等为原料合成多重氢键单体；(2)以多重氢键单体、三氯化铁等为原料制备含有多重氢键及金属络合键的弹性体；制备得到的弹性体超韧、超拉伸、可自修复、且具有高回弹性能。但是该聚氨酯弹性体制备方法复杂、原料种类繁多、不利于大规模生产。

公开号为CN110790888A的中国专利文献中公开了一种基于多重动态可逆作用的高强度室温自修复聚氨酯弹性体及其制备与应用：(1)二元醇与二异氰酸酯在催化剂的作用下反应，获得预聚物；所述二元醇为聚醚二元醇和/或聚硅氧烷二元醇；(2)将扩链剂与预聚物反应，得到聚氨酯，所述的扩链剂为二羧酸扩链剂和二胺扩链剂，含有二硫键和吡啶基；(3)在有机溶剂中，将聚氨酯与金属盐交联剂反应，去除溶剂，获得高强度室温自修复聚氨酯弹性体。该发明原料种类繁多，制备过程稍复杂。

发明内容

本发明提供了一种含有六重分子间氢键的自修复聚氨酯弹性体，该聚氨酯弹性体制备工艺简单、具有良好的机械性能、弹性滞后较小、室温下自修复性能优异、耐疲劳，且自修复后机械性能优异，易于加工成型。

具体采用的技术方案如下：

一种含有六重分子间氢键的自修复聚氨酯弹性体，结构式如式(I)所示：

其中，m和n为正整数；R₁为氢原子、卤素原子、C1-C30的烃基或C1-C30取代的烃基；R₂为-o-R₃-o-或R₃和R₄均为C1-C30的烃基或低聚杂链基团；X₁为X₂为R₅和R₆均为碳链聚合物基团、杂链聚合物基团、元素有机聚合物基团或无机聚合物基团，R₇为二异氰酸酯残基。