[发明专利]一种含动态硫氨酯键的自修复聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含动态硫氨酯键的自修复聚氨酯，包含重复结构为：R₁代表低聚物二元醇或低聚物二元胺链段；R₂代表异氰酸酯中除去两端的异氰酸酯基团‑NCO的部分；R₃代表巯基化合物中除去两端巯基‑SH的部分；m为≥1的整数。本发明还提供了其制备方法，通过将低聚物二元醇(胺)与二异氰酸酯反应得到端异氰酸酯聚氨酯低聚物，然后将端异氰酸酯聚氨酯低聚物溶解于无水溶剂中，加入二元或多元巯基化合物，溶解均匀后加入催化剂，得到含动态硫氨酯键的自修复聚氨酯。通过在自修复高分子材料中引入动态硫氨酯键，提供了一种新型的具有优异力学性能、修复条件温和与可快速重复加工使用等优点的含动态硫氨酯键的自修复聚氨酯及其制备方法。

技术领域

本发明涉及一种自修复高分子材料及其制备方法，具体涉及一种含动态硫氨酯键的自修复聚氨酯及一种含动态硫氨酯键的自修复聚氨酯的制备方法。

背景技术

高分子材料在加工、使用过程中，容易受到外界因素破坏而产生机械损伤，这种损伤积累到一定程度时，对于材料的性能会有显著的影响，严重地影响材料的使用寿命及安全性。自修复高分子材料(Self-Healing Polymer,SHP) 作为一种新型的智能材料，是一种能够自我感知并修复损伤的材料，能够避免材料受到进一步破坏，延长材料使用寿命，提高材料使用安全性，具有广阔的应用前景。

SHP根据材料的修复类型，可以分为外援型自修复体系和本征型自修复体系。本征型相较于外援型，不需要外部物质的辅助，仅需要简单的条件如光照、应力、温度、PH值变化等，甚至无需外界刺激就能够实现多次修复。含动态共价键的本征型自修复材料，由于动态共价键的键能相对较高，通常具有优异的力学性能，而共价键的动态可逆特性，又赋予材料可反复再加工及在受到损伤后可多次修复的能力，能够有效的提高材料的寿命和使用安全性。徐坚等人(J.Am.Chem.Soc.2017,139,8678–8684)设计了一种含肟键的聚氨酯材料，该材料具有优异的力学性能和可反复再加工性，该材料在120℃下可通过驱动肟键的动态可逆变化实现自修复。Raquez等人(RSC Adv.,2017,7, 48047)合成了一种含DA键的聚氨酯材料，该材料可在130℃下驱动DA键的动态可逆变化获得良好的修复效果。

然而，过高的修复温度限制了上述材料的使用范围。其他的动态共价键，如二硫键和硼酸酯键，虽然其动态可逆迅速，修复条件温和，但是材料的综合力学性能不够理想，应用的范围仍然受到很大程度的限制。

因此，目前本征型自修复体系中无法兼顾修复条件和力学性能之间的平衡，使得该种体系的高分子材料应用受到限制，提供一种能够兼顾温和的修复条件和良好的力学性能的本征型自修复高分子材料及提供一种该材料的制备方法对于自修复材料的应用有重要的科学和工业价值。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，通过在自修复高分子材料中引入动态硫氨酯键，提供了一种新型的具有优异力学性能、修复条件温和与可快速重复加工使用等优点的，并提供了一种含动态硫氨酯键的自修复聚氨酯的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种含动态硫氨酯键的自修复聚氨酯，包含重复结构为：

式中，R₁代表低聚物二元醇或低聚物二元胺链段；R₂代表异氰酸酯中除去两端的异氰酸酯基团-NCO的部分；R₃代表巯基化合物中除去两端巯基-SH的部分；m为≥1的整数。

进一步地，R₁数均分子量为400～10000g/mol。

进一步地，所述的自修复聚氨酯的拉伸强度为0.75～30.41MPa；断裂伸长率453～2057％；拉伸强度的修复效率为60～98％；断裂伸长率修复效率为 52～98％。