[发明专利]一种全透明高强度自修复聚氨酯弹性体、制备方法及应用

说明书

本发明属于材料技术领域，具体地说，涉及一种全透明高强度自修复聚氨酯弹性体、制备方法及应用。所述的全透明高强度自修复聚氨酯弹性体包括氨基甲酸酯和双硫键结构单元，结构式如式(I)所示：其中双硫键被设计和分相调控分布于硬段区域之中，能够起到自修复和微分相结构调整作用，对于物理机械性能具有增强增韧作用。与现有技术的含有双硫键的聚氨酯共聚物弹性体相比，本发明的全透明自修复聚氨酯弹性体，其在机械强度、韧度、透明度等方面的性能要远远优于传统聚氨酯弹性体。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体地说，涉及一种全透明高强度自修复聚氨酯弹性体、制备方法及应用。

背景技术

自修复是材料本身对缺陷自我判断、控制和恢复的能力，为生物体重要特征之一，也是智能材料所具有的功能之一。具有自修复功能的材料能够自行发现裂纹，并通过一定机理将裂纹重新填补，自行愈合。目前制备自修复材料的方法分为两类：一类是在材料内部复合功能型物质实现自修复，也称为外援型自修复；另一类是通过向体系提供能量，使材料本身发生共价或非共价作用实现自修复，也称为本征型自修复。外援型自修复主要方法包括：微胶囊自修复(如双环戊二烯自修复剂体系、环氧树脂自修复体系等)、空心纤维自修复、纳米粒子自修复、微脉管自修复等；本征自修复类型包括可逆共价键(如Diels-Alder反应、巯基化学等)、可逆非共价键(如离子聚合物、氢键等)。由于具有位点专一性、高效修复能力、生产加工简单(省去了预先将修复剂包埋等复杂步骤)以及环境友好等特性，作为本征型自修复高分子材料制备技术成为研究者的热衷和追求，并在涂层、仿生材料、航天及航空材料、电子元器件等领域应用。研究文献显示，在高分子自修复材料中，自修复功能聚氨酯材料具有广阔应用前景，成为研究热点。作为涂层智能材料，研究者公开许多合成自修复聚氨酯的方法，并应用于纺织品、金属等表面涂覆，用于智能防护等目的。但在目前所公开文献中，所述具有自修复聚氨酯材料未能实现像玻璃透明之效果，而具有全透明自修复聚氨酯材料成为光学器件、航天航空、汽车表面等智能涂层领域必不可少的材料品种。

理论分析和现有文献可知，制备具有快速自修复能力、全透明、高强度聚氨酯，必须解决快速自修复、全透明和高强度之间的矛盾。具有快速自修复能力的全透明聚氨酯材料必须具有：1、严格控制自修复聚氨酯分子量大小，保证分子在自修复过程中的快速迁移性；2、具有足够数量的可逆化学键(共价键或非共价键)，保证分子之间的结合强度；3、自修复聚氨酯超分子结构必须为全无定形(全无结晶)结构状态，保证光线在材料内部无反射和折射现象，全部透过自修复聚氨酯材料。为了使自修复聚氨酯材料达到优异的实用性，所制备的自修复聚氨酯材料应同时具有高强度，面对自修复全透明聚氨酯材料中分子量大小和全无定形超分子结构限制，本发明通过设计纳米尺度的微分相结构，通过分子之间在一定尺度上的物理纠缠，实现自修复全透明聚氨酯的高强度，从而完成了本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种全透明高强度自修复聚氨酯弹性体及其制备方法，通过本发明方法制备出的聚氨酯弹性体具有优异的光学性能和物理机械性能，同时具有高效率自修复功能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种全透明高强度自修复聚氨酯弹性体，其中，所述的全透明高强度自修复聚氨酯弹性体包括氨基甲酸酯和双硫键结构单元，结构式如式(I)所示：

本发明所述的全透明高强度自修复聚氨酯弹性体的透光率至少为100％；

本发明所述的全透明高强度自修复聚氨酯弹性体的拉伸力学强度至少为22MPa；

本发明所述的全透明高强度自修复聚氨酯弹性体的表面划痕全修复时间低于125s。

本发明所述的全透明高强度自修复聚氨酯弹性体为以聚醚二元醇作为软段、以4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷和/或2-羟乙基二硫化物作为硬段的共聚物。