[发明专利]一种含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：将大分子二元醇加热去除水分，然后与二异氰酸酯及亲水扩链剂在搅拌和催化的条件下反应，得到第一预聚体，将其与2‑氨基‑4‑羟基‑6‑甲基嘧啶酮二醇及交联剂甲基化β‑环糊精反应得到第二预聚体；将其调节粘度后与中和剂反应，再加入水与二胺扩链剂，高速搅拌下分散乳化，得到水性超分子聚氨酯乳液。本发明提供的含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂表现出良好的机械性能和自修复性能，乳液透明带蓝光稳定性好，绿色环保，在加热条件下即可实现自修复功能，无需催化剂，操作简单，自修复效率高；适合用于制备涂料、粘合剂、智能纺织品和增塑剂。

技术领域

本发明属于高分子合成技术和智能高分子材料领域，具体涉及一种含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂及其制备方法和应用。

背景技术

聚合物材料的损伤作为影响聚合物寿命的重要因素之一，受到越来越多的关注。使用自修复材料来解决高分子材料在实际使用中不可避免的损坏问题，达到延长材料的使用寿命。按照高分子基体中是否添加修复剂来划分，自修复高分子材料通常分为两大类非本征型和本征型。前者主要包括微胶囊和液芯纤维型组成的活性愈合剂使材料实现自愈合的功能。White和他的同事首次报道了一种非本征型的自修复高分子材料，将活性愈合剂嵌入环氧树脂基质中。(Nature,2001,409:794-817.)后者本征型材料是在一定的外部条件下，由可逆共价键或动态非共价键构筑而成。

另一方面，空气质量问题近年来严重影响了人们的健康生活。因此，对环保材料的研究受到人们的广泛关注。水性聚氨酯(WBPU)是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，作为一种环保材料而出现，减少了挥发性有机化合物(VOC)的释放。由于其无毒无污染，广泛应用于涂料，粘合剂，智能纺织品，增塑剂等多种领域。然而，因此，实现水性聚氨酯材料裂纹的早期修复，特别是自修复是一个现实而重要的问题。

由热可逆非共价键协同动态的主客体相互作用实现材料自修复是一种环保高效的方式。目前，结合主客体相互作用和氢键作用自修复聚氨酯材料的研究主要集中在传统溶剂型聚氨酯领域，Angewandte Chemie(International ed.in English),2018,24(33)5261-5268；到目前为止，通过在水性聚氨酯主链和/或端基上引入UPy基团利用主客体相互作用实现自修复的研究尚未见报道。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂的制备方法。该方法通过在水性聚氨酯主链上引入环糊精可以提高水性聚氨酯的力学性能同时协同UPy可逆的四重氢键作用以及动态的主客体相互作用(水性聚氨酯主链的环糊精与侧链的UPy)赋予材料良好的自修复性能。

本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制得的含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂，其具有良好的力学性能和自修复性能。

本发明的再一目的在于提供上述含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将大分子二元醇加热去除水分，然后与二异氰酸酯及亲水扩链剂在搅拌和催化的条件下反应，得到-NCO封端的第一预聚体；

(2)将第一预聚体与小分子扩链剂2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶酮二醇及交联剂甲基化β-环糊精反应得到第二预聚体；

(3)将第二预聚体用有机溶剂调节粘度后与中和剂反应，再加入水与二胺扩链剂，高速搅拌下分散乳化，最后旋蒸除去有机溶剂得到水性超分子聚氨酯乳液即为所述含嘧啶酮结构的水性聚氨酯树脂。