[发明专利]一种具有界面自修复功能的热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有界面自修复功能的热塑性聚氨酯弹性体复合材料，包含：(a)100重量份的热塑性聚氨酯弹性体；(b)1‑150重量份的经表面处理剂处理过的无机物，其中所述表面处理剂是由硅烷偶联剂和二硫醚制备的表面处理剂，该复合材料在常温或加热条件下可自动修复基体材料与无机物之间的界面损伤，从而恢复或部分恢复复合材料的机械性能。

技术领域

本发明涉及一种具有界面自修复功能的聚合物复合材料及其制备方法，特别涉及一种具有界面自修复功能的热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法。

背景技术

在聚合物复合材料中，聚合物与无机物之间的界面层对复合材料的机械性能起着十分关键的作用，其主要功能是在两种材料之间传递载荷。在动态载荷或冲击作用下，聚合物复合材料往往由于界面层及其附近区域基料形成裂纹或裂缝而引起应力集中，进而导致材料过早失效。这些裂纹或裂缝通常不可预测且难以被检测到，其修复成本也比较高，因此如何避免和修复裂纹或裂缝成为复合材料领域的热门话题。

聚合物材料自修复技术在过去的十年已取得重大进展，用以延长材料的使用寿命。研究人员已经通过分子链扩散、光诱发反应、活性端基、可逆化学键、离聚物、埋植微胶囊体等多种途径实现聚合物的自修复。其中，通过光诱发或催化剂诱发单体聚合的技术被成功应用至聚合物复合材料中。专利US20150291745将二环二戊二烯微胶囊体和Grubbs催化剂预埋进聚乙烯/纳米填料复合材料中，利用Grubbs催化剂催化二环二戊二烯聚合来修复复合材料的裂纹；专利US10167398将修复剂填入碳纳米管然后封闭碳纳米管两端，并将催化剂混入聚合物基体，制备了具有自修复功能的聚合物/碳纳米管复合材料。专利US9701797在聚合物基体和碳纤维之间引入一种含可逆化学键的聚合物层，利用该聚合物层赋予了聚合物/碳纤维复合材料自修复的特性。然而，具有修复功能的活性单体或修复剂通常是挥发性有机物，在自修复的过程中不可避免地会逸散到空气中，对人体健康构成极大威胁；在碳纤维等无机物表面进行原位聚合对工艺条件、处理环境、无机物表面活性基团及无机物纯度要求非常严格，对工业级的填料、增强纤维等无机物的普适性较差。

本专利受自修复技术启发，旨在开发一种界面具有自修复功能的热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种具有界面自修复功能的热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其在常温或加热条件下可自动修复基体材料与无机物之间被破坏的界面层，从而恢复或部分恢复复合材料的机械性能；该复合材料自修复过程中不存在有机单体挥发，具有高环保性和高安全性；该复合材料的制备方法对现场环境、无机物纯度和无机物形态无特殊要求，适用于多种TPU/无机物复合材料。

为实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：

一种具有界面自修复功能的热塑性聚氨酯弹性体复合材料，包含：

(a)100重量份的热塑性聚氨酯弹性体；(b)1-150重量份、优选10-100重量份的经表面处理剂处理过的无机物。

所述的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)可以为常规的TPU，例如选自聚酯型、聚醚型、聚碳酸酯型、聚己内酯型TPU中的至少一种。

所述的TPU的分子链由软段和硬段组成，其中，硬段由二异氰酸酯及扩链剂反应得到，二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)中的至少一种；

所述的扩链剂为小分子二元胺和/或小分子二元醇，其中，小分子二元胺优选3,3'-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,5-二氨基对氯苯甲酸异丁酯、二乙基甲苯二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺中的至少一种；小分子二元醇优选1,4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、甲基丙二醇、二乙二醇、1,4-环己二醇、新戊二醇中的至少一种；