[发明专利]一种自修复聚氨酯弹性体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种自修复聚氨酯弹性体材料及其制备方法,包括如下步骤：制备聚氨酯弹性基体；将所述聚氨酯弹性基体、二甲基乙二肟和2，5二硫代联二脲加入无水干燥密闭的容器中进行水浴加热、超声、固化、烘烤得到自修复聚氨酯弹性体材料，其拉伸强度高达35.99MPa，在500％应变下的应力应变循环拉伸曲线，同时该弹性体材料可在室温条件下，无需加热或外加光源的照射，即可在材料完全截断的基础上实现材料的自修复，该弹性体材料本身呈无色透明状，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及弹性体材料领域，具体涉及一种自修复聚氨酯弹性体材料及其制备方法。

背景技术

自修复性是生物组织的一个有益特性，使得结构组织在受到机械损伤后能有效的自我修复，如果将这种特性引入合成材料中，将大大提高器件的使用寿命。自修复材料这种能够自发进行或在特定条件下(例如加热，紫外光，PH等)依靠修复剂或通过分子间相互作用，对受损部位进行修复的聚合物材料，在智能医疗器械、电子皮肤、可穿戴电子产品等许多领域有着巨大的潜力。自修复材料根据修复策略的不同，可以分为外援型自修复材料和本征型自修复材料。外援型自修复材料开创至今已有二十多年，依靠预先包埋在微胶囊或微脉管中的修复剂来实现基体材料的修复，这种修复方式是得材料只能进行有限次数的修复，极大的限制了材料的使用范围。当前自修复材料的主要研究方向为基于可逆共价键或动态非共价键相互作用的本征型自修复材料。区别于外援型自修复材料，本征型自修复材料依靠一种或多种可逆共价键和分子间相互作用来实现材料的自愈。

但是，材料的自修复能力和机械性能在本质上是互斥的。为了解决这一问题，研究者们设计了一种能同时提高聚合物材料自愈能力和机械性能的新结构(AdvancedMaterials 2019,31,1901402)，其思路是引入铜离子和二甲基乙二肟，形成金属配位络合物，从而构建具有三重动态网络的共价交联聚氨酯弹性体，该方案在由可逆DOU键和氢键组成双重动态网络的基础上引入了铜离子，实验结果和密度泛函理论计算表明铜离子不但可以显著促进可逆共价键的动态交换，还能很容易的与肟基团中的氮原子螯合形成络合物。但聚氨酯材料14.8MPa的拉伸强度仍限制着其在实际使用中应用范围，铜离子的加入加强材料的机械性能的同时也使材料变为黄色，限制了材料的应用。Materials Horizons2022,9,640-652中指出除了构建复杂的交联网络，多重键协同增效以提高材料的机械性能外，通过在聚氨酯弹性体中引入大量的氢键，通过分层氢键交联形成多重动态网络也能合成出具有出色自愈能力和卓越机械性能的弹性体材料。其具有极强的拉伸性，柔软性和抗穿刺性。Journal of Colloid and Interface Science，2021,393-400指出在聚氨酯弹性体中加入填料，在加强力学性能的同时，还可以赋予弹性体导电或导热的能力，但填料在多数情况下并不能参与到异氰酸根基团的缩合反应中去，作为硬相提高材料拉伸强度的同时，弹性体的韧性和自愈效率往往很低，限制了材料的应用范围。因此，当前如果能制备出一种拉伸强度在20MPa以上，且兼具透明，柔性，在室温下即可完成自修复的聚氨酯弹性体材料具有重要的研究价值和实际意义。

发明内容

为提高弹性体的韧性和自愈效率，本发明提供一种自修复聚氨酯弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：

制备聚氨酯弹性基体；

将所述聚氨酯弹性基体、二甲基乙二肟和2，5二硫代联二脲加入无水干燥密闭的容器中进行水浴加热、超声、固化、烘烤得到自修复聚氨酯弹性体材料。

较佳的，制备聚氨酯弹性基体的步骤包括：

将聚四氢呋喃醚二醇加入容器后抽真空除水；

将合成单体、扩链剂、催化剂、溶剂加入所述除水后的容器中进行水浴加热得到固体产物；

将所述固体产物干燥至恒重得到聚氨酯弹性基体。

较佳的，所述聚氨酯弹性基体的合成单体为二环己基甲烷4,4'-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种。