[发明专利]一种聚氨酯微胶囊及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚氨酯微胶囊及其制备方法，涉及高分子材料技术领域。该聚氨酯微胶囊包括以下重量份比的原料：异氰酸酯8份‑30份、壳层聚合物40份‑65份和恶唑烷化合物12份‑30份。所述恶唑烷化合物由摩尔比为1‑2：1的恶唑烷单体和异氰酸酯构成。该聚氨酯微胶囊为核壳结构，壳层部分性能稳定，有效地保护了芯层部分的修复剂——异氰酸酯和恶唑烷化合物的化学稳定性，无需愈合催化剂，且其热稳定性能提升。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种聚氨酯微胶囊及其制备方法。

背景技术

由于具有重要的仿生和智能功能，自愈材料具有无需人工检测和干预就能自动修复损伤，从而使材料具有更长的使用寿命和更少的维护保养的潜力，因此受到了广泛的关注。其中，基于微胶囊的自愈合材料受到越来越多的关注和广泛的研究。含有愈合剂的微胶囊对基于微胶囊的自愈系统的自愈性能起着最重要的作用。

White等报道了第一代自愈合微胶囊体系，该体系中含有二环戊二烯(DCPD)，在Grubbs催化剂的作用下，将微胶囊包埋在环氧树脂中，形成自愈合材料。然而，Grubbs催化剂的成本高，并且由于空气中的水分和环氧树脂中的胺类催化剂导致活性降低。这种自愈体系的应用范围较窄，只能局限于某一特定的基材。尽管修复效率有所提高，但这些研究仍不能摆脱系统对愈合催化剂的依赖。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种聚氨酯微胶囊，该聚氨酯微胶囊为核壳结构，壳层部分性能稳定，有效地保护了芯层部分的修复剂——异氰酸酯和恶唑烷化合物的化学稳定性，无需愈合催化剂，且其热稳定性能提升。

为了达到上述目的，本发明提供了一种聚氨酯微胶囊，包括以下重量份比的原料：

异氰酸酯           8份-30份

壳层聚合物         40份-65份

恶唑烷化合物       12份-30份。

所述恶唑烷化合物由摩尔比为1-2：1的恶唑烷单体和异氰酸酯构成。

本发明人在研究过程中发现，针对现有技术中的技术问题，需要减少基于微胶囊的自愈合材料中的愈合催化剂，而基于异氰酸酯填充微胶囊的方法是无催化剂自愈系统中最有效和最广泛使用的方法之一。异氰酸酯一旦从微胶囊中流出，在周围环境中与水和水分反应形成固体材料，从而修复裂纹。但是，异氰酸酯基团(-NCO)与水的反应过程中会生成二氧化碳(CO₂)气体，导致微胶囊自愈过程中出现了大量气泡和针孔，严重影响了材料的自愈性能、表观性能和体积性能。为了解决该问题，避免潜在的CO₂气体排放，本发明人采用恶唑烷技术，在水存在的情况下，恶唑烷化合物会优先与水发生开环反应，所生成的含氨基和羟基的化合物又会与异氰酸酯反应，避免了CO₂的释放，从根本上消除CO₂气体。同时，异氰酸酯和恶唑烷单体的混合物可以长时间保持稳定，使制备得到的聚氨酯微胶囊结构稳定。

在其中一个实施例中，所述恶唑烷单体选自：2-异丙基-3-羟乙基-1,3-恶唑烷、2，2-二甲基-N-羟乙基-1，3-恶唑烷、丙二酸二-2，2-二甲基-N-羟乙基-1，3-恶唑烷酯或1，1，5，5-戊烷端四甲酸四-2，2-二甲基-N-羟乙基-1，3-恶唑烷酯。

上述恶唑烷单体能够先于异氰酸酯与水反应消除CO₂。

在其中一个实施例中，所述异氰酸酯独立地任选自：异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI三聚体或MDI三聚体。

上述异氰酸酯化学性质稳定，纯度高，能够与噁唑烷反应稳定得到化学产物的优势。