[发明专利]力致变色聚氨酯弹性体材料、其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种力致变色聚氨酯弹性体材料、其制备方法和应用，属于机械化学传导材料技术领域。本发明提供的力致变色聚氨酯弹性体材料，含有特定结构的重复单元。经测试，本发明的力致变色聚氨酯弹性体材料受力后颜色从无色变为红色，室温条件静置15分钟后，聚氨酯的颜色会恢复到受力前的无色状态，且重复5次变色性能没有明显下降。同时该材料具有较好的抗干扰性能，紫外线、温度等刺激均不能影响其变色性能，以上表明该力致变色聚氨酯材料具有良好的性能，有望应用于智能服装等领域。

技术领域

本发明涉及一种力致变色聚氨酯弹性体材料、其制备方法和应用，属于机械化学传导材料技术领域。

背景技术

力致变色材料是指在受到外界力的作用时，材料的光学性质可以发生改变的功能性材料。力致变色材料受到外力时，材料的颜色发生变化可直观的指示受力大小、受力面积以及受力位置等信息。该类材料在无损探伤、装饰、智能服装以及体育等方面具有广阔的应用前景。因此制备高性能的力致变色聚合物具有重要的意义。力致变色功能的实现通常依赖小分子力致变色基团，常见的力改变分子颜色有两种途径，一种是外力改变分子的化学结构，即化合物在力的作用下发生化学反应，如罗丹明类的化合物；一种是外力改变了分子的聚集状态，即在外力作用下分子的堆砌方式，分子间相互作用力或分子构象发生了改变，如四苯乙烯类的化合物。

现有技术中的基于罗丹明基团的力致变色材料存在力学性能较差，无法直接应用于智能服装等对材料的柔性有较高要求的产品中。通过将力致变色材料与柔性基材复合可以得到力致变色聚氨酯弹性体材料，但是不同的复合手段可能会对力致变色聚氨酯弹性体材料的力学性能和力致变色性能带来不可预期的影响。现有技术中关于罗丹明基团的力致变色材料与柔性基材复合的功能材料的研究还比较少。

发明内容

针对上述技术问题，本发明从聚氨酯的合成工艺入手，通过优选单体原料及合成步骤，制备出高弹性、高强度、高透明度的新型聚氨酯，可以作为性能更优的力致变色弹性体材料。本发明利用具有受力“开环”特性的羟基罗丹明类分子作为力敏变色的功能分子，将其作为扩链剂以制备新型聚氨酯，开发出了可重复利用的高性能力致变色聚氨酯弹性体材料。

本发明的第一目的在于提供一种力致变色聚氨酯弹性体材料，所述力致变色聚氨酯弹性体材料含有下式(一)中所示的重复单元：

式(一)中，R为罗丹明类分子，X为n为低聚物二元醇的聚合度，n为650～3000。

本发明的第二目的在于提供一种制备前述的力致变色聚氨酯弹性体材料的方法，由包含以下原料合成：低聚物二元醇、二异氰酸酯、三乙醇胺以及羟基罗丹明类分子；所述羟基罗丹明类分子是以罗丹明结构为分子主体且修饰有羟基官能团的分子。优选地，所述羟基罗丹明类分子中含有三个羟基官能团。

作为本发明的一种实施方式，所述羟基罗丹明类分子的分子结构为式(二)或式(三)；

作为本发明的一种实施方式，所述制备方法依次包括如下步骤：

(1)将二异氰酸酯溶于有机溶剂中，滴加计量的催化剂，加热，氮气气氛保护下回流，加入溶于有机溶剂的羟基罗丹明类分子，反应生成预聚体a；

(2)加入溶于有机溶剂的低聚物二元醇继续反应一段时间；

(3)加入三乙醇胺，混合均匀后将产物倒入模具中，待溶剂挥发后即得到力致变色聚氨酯弹性体材料。

作为本发明的另一种实施方式，所述制备方法依次包括如下步骤：

S1:将低聚物二元醇溶于有机溶剂中，滴加计量的催化剂，加热，氮气气氛保护下回流，加入溶于有机溶剂的二异氰酸酯，反应生成预聚体b；

S2:加入溶于有机溶剂的羟基罗丹明类分子反应一段时间；