[发明专利]三维网状结构聚（脲-氨酯）自修复弹性体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维网状结构聚(脲‑氨酯)自修复弹性体及其制备方法。所述方法通过设计聚(脲‑氨酯)三维网状结构，引入可逆共价键，由二异氰酸酯40～50份、三元醇或三元胺8～12份、聚二元醇55～65份、二元胺20～30份和催化剂3～5份预聚、固化和成型，制备得到自修复弹性体。本发明的三维网状结构聚(脲‑氨酯)自修复弹性体的拉伸强度高达10.20～12.50MPa，自修复弹性体可在20min内实现高达95％左右的自修复率。本发明制备工艺简单，原料经济，反应条件温和，产品无毒无害，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于自修复弹性体技术领域，涉及一种三维网状结构聚(脲-氨酯)自修复弹性体及其制备方法。

背景技术

聚(脲-氨酯)自修复弹性体材料是一类以聚(脲-氨酯)为基体，具有自监控性、自适应性和自修复性的仿生智能材料。基于独特的自修复性能，可有效地修复材料在使用过程中产生的裂纹等损伤，显著地延长材料的寿命，提高材料的使用安全性。

随着动态化学的发展，可逆共价键逐步被用于制备聚(脲-氨酯)自修复弹性体，但这类材料的力学性能较低，且需要外界刺激(如光、热、PH)才能实现自修复。Rekondo等(Rekondo A,Martin R,Luzuriaga A,et al.Catalyst-free room temperature self-healing elastomers based on aromatic disulfide metathesis[J].MaterialsHorizons,2014,1(2):237-240.)设计了一种以二硫化物为动态交联剂的聚(脲-氨酯)自修复弹性体，其自修复效率良好，但拉伸强度较低，仅有0.8MPa。随着二硫键应用的深入研究，芳香族二硫键受到了广泛的关注。基于芳香族二硫键制备的自修复材料不需要外界刺激可在室温下实现自我修复。Zhou等(Zhou K,Song Q,Chen H,et al.Thermally assistedself-healing polyurethane containing carboxyl groups[J].Journal of AppliedPolymer Science,2018,135(9):45929.)通过引入芳香族二硫键，制得室温下可快速自修复高分子材料，该材料仅2h即可达到修复的平衡点，但拉伸强度只有0.2MPa左右。为提高聚(脲-氨酯)自修复弹性体的力学性能，可以通过加入增强相增强其力学性能，但材料的固有线型结构限制了强度的提高空间。唐丽荣等(唐丽荣,王炜彬,王清华,等.基于芳香基双硫键的乙酸酯化纳米纤维素/聚(脲-氨酯)自愈合材料[J].化工进展,2017,36(4):1381-1387.)采用纳米纤维素作为增强相，制备了一种较高强度的聚(脲-氨酯)复合材料。研究表明，随着纤维素含量的增加，复合材料拉伸强度呈先增加后减小的趋势。基体材料拉伸强度为3.97MPa，当纤维素含量达到0.1wt％时，聚(脲-氨酯)复合材料拉伸强度达到最大值5.71MPa，虽然提高了1.74MPa，但仍较低。并且，需要在加热条件下才能实现自修复。

此外，用于制备自修复弹性体的基体材料聚(脲-氨酯)，通常是由官能度为2的单体合成的线型聚合。固有的线型结构制约了材料力学强度的提高，所以该类材料难以超越三维网状结构材料的强度。中国专利申请CA106279619A公开了一种基于氢键作用热驱动自修复弹性体的制备方法，利用二异氰酸酯对低聚物二元醇进行扩链，制备端羟基聚氨酯低聚物，最后利用UPy-NCO对其封端，制备UPy封端型热驱动自修复弹性体。由于是线型结构，材料的强度只有3.59MPa。

发明内容

本发明的目的是提供一种高机械强度且无需外部条件刺激即可实现自修复的三维网状结构聚(脲-氨酯)自修复弹性体及其制备方法。该方法通过引入官能度为3的单体设计聚(脲-氨酯)三维网状结构，引入动态可逆芳香二硫键，经预聚、固化和成型，制备得到自修复弹性体。

实现本发明目的的技术方案如下：