[发明专利]一种自修复聚氨酯纳米复合材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及是一种自修复聚氨酯纳米复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

目前，高分子材料已被广泛运用于各种领域，包括日常用品，纺织业，运输业，国防工业，航空航天，建筑材料、电子器件等。然而，这些材料在使用过程中容易受到外部因素的破坏以及自身的老化，产生微小裂纹乃至宏观裂缝，从而导致其安全性、可持续性和使用寿命急剧下降。因此，设计在机械损伤后能够自我修复的高分子材料是一种提高材料使用寿命的有效手段。

Diels-Alder键是一种有效的可逆共价键，该反应具有区域选择性、立体选择性以及立体专一性，且产率高，可以通过改变亲双烯体和双烯体的结构调节反应的可逆温度，其中以呋喃-马来酰亚胺体系研究最为广泛。目前已有很多报道将Diels-Alder键引入到交联聚合物链段中，从而实现交联聚合物网络的断裂和重组。四川大学的夏和生等人报道了一种Diels-Alder键交联的聚氨酯材料(Lu X,Fei G,Xia H,et al.Ultrasound healable shape memory dynamic polymers[J].Journal of Materials Chemistry A,2014,2(38):16051-16060.)。他们首先合成了具有Diels-Alder键(呋喃-马来酰亚胺加合物)的基于PCL的聚氨酯网络，Diels-Alder键交替位于相邻交联点之间的聚合物链的主链上。该材料具有优异的力学性能和自修复性能，并且能够通过超声刺激实现定点修复。

目前常见的自修复聚合物材料一般需要通过外部加热来进行修复，同时存在修复效率低，修复方式单一等特点，且无法在使用过程中进行自我修复。因此，制备一种具有多重修复途径、修复效率高且在使用过程中就能有效修复的自修复聚合物材料将大大拓宽其使用范围并延长使用寿命。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种自修复聚氨酯纳米复合材料及其制备方法和用途，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种自修复聚氨酯纳米复合材料，包含以下组分，未经特殊说明，以下组分均为重量份数：

含Diels-Alder键的自修复聚氨酯粉末材料 100份

导电纳米填料0.01～10份

表面活性剂0～2份

进一步地，所述导电纳米填料为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯、炭黑、纳米银、纳米金中的任一种。

进一步地，所述表面活性剂为月桂酸、硬脂酸、油酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠、聚山梨酯、十二烷基磺酸钠、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、十二烷基磷酸酯钾、十二烷基磷酸酯、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠中任一种。

进一步地，所述含Diels-Alder键的自修复聚氨酯粉末材料的制备方法包括以下步骤：

1)含Diels-Alder键的二元醇的制备：

将等物质量的呋喃(1)与马来酸酐(2)溶解在过量1,4-二氧六环中，室温下搅拌反应24h，将所得沉淀物经真空抽滤、乙醚洗涤、烘干，得到产物(3)；等物质量的产物(3)与醇胺在冰浴条件下分别溶于甲醇中，然后将两者混合并于70℃下搅拌回流反应24h，将反应混合液放入冰箱冷却结晶，经真空抽滤、乙醚洗涤、烘干，得到产物(4)；将产物(4)加入到过量的甲苯中，130℃下搅拌回流反应12h，然后将溶液过滤，滤液放入冰箱冷却结晶，经真空抽滤、乙醚洗涤、烘干，得到产物(5)；将等物质量的产物(5)与糠醇在80℃下，与过量甲苯中搅拌反应24h，将得到的沉淀物捣碎，经真空抽滤、乙醚洗涤、烘干，得到产物(6)，即为含Diels-Alder键的二元醇。

2)异氰酸根封端的聚酯或聚醚的制备(此处组分均为物质的量份数)：

将100份的二异氰酸酯与45-55份的聚酯或聚醚多元醇搅拌均匀，在氮气保护下于75-85℃搅拌反应2h，得到异氰酸根封端的聚酯或聚醚，密封备用。

3)含Diels-Alder键的自修复聚氨酯粉末材料的制备(此处组分均为物质的量份数)：