[发明专利]一种可见光自修复高强度水性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料合成技术领域，具体涉及一种可见光自修复高强度水性聚氨酯及其制备方法。本发明通过甘油制备交联型聚氨酯，并引入自制的碳硼烷多元醇和石墨烯实现高强度。本发明通过碳硼烷多元醇改性石墨烯的方式将石墨烯和碳硼烷引入体系中。最后利用2,2‑二羟甲基丙酸制备水性聚氨酯，提高其环保性。二硫键和配位键起主导作用实现自修复，再利用石墨烯的光热效应辅助自修复，三者共同作用实现在可见光条件下的自修复。本发明利用光照条件辅助同时实现了高强度和高自修复效率。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种可见光自修复高强度水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

聚合物材料因其质量轻、耐磨、易加工等特点，在机械、建筑、电子、航空航天、体育器材、交通运输、医疗等各个领域得到越来越广泛的应用。但聚合物材料在其成型加工以及使用的过程中，由于受到热、力、化学物质等因素的影响，在材料内部会不可避免地产生微裂纹，这些微裂纹会发展成裂缝并最终导致材料的破坏，同时也是材料在使用过程中性能劣化的直接原因，这些损伤会影响其使用寿命，因此产生对其自修复的研究。

本征型可逆共价键自修复方法具有其独特的优势，被广泛应用，二硫键和配位键便是其中常被选用的两种。目前自修复材料发展中的难点是高强度和高修复效率难以同时实现，且可见光条件下难以自修复，需要外界的刺激辅助实现自修复。

石墨烯是碳原子形成的六角蜂巢晶格在平面空间内排列组成的单原子层两维材料，又称为单原子层石墨，其独特的结构决定了具有优异的力学、电学、光学性能，石墨烯的热导率高达6000Wm^-1K^-1左右，因此引起了众多的关注。碳硼烷(C₂B₁₀H₁₂)是一种具有十二顶点、正二十面体笼状结构的含硼化合物，不但具有结构骨架高度对称性的特点，还具有体积庞大(范德瓦尔斯半径为)对邻近结构具有很大屏蔽作用的特点。但是目前对石墨烯的热学性能以及碳硼烷的研究尚少。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种可见光自修复高强度水性聚氨酯及其制备方法。通过碳硼烷多元醇改性石墨烯的方式将碳硼烷和石墨烯引入体系中。二硫键和配位键起主导作用实现自修复，再利用石墨烯的光热效应辅助自修复，三者共同作用实现高强度材料在可见光条件下的自修复。并利用2,2-二羟甲基丙酸制备水性聚氨酯，提高其环保性。

一种可见光自修复高强度水性聚氨酯的结构式如下所示：

R为异氰酸酯。

一种可见光自修复高强度水性聚氨酯的制备方法步骤如下：

(1)碳硼烷多元醇的制备

先将碳硼烷二酚装入三口烧瓶中，再加入二酰氯，迅速升温至200℃，反应15小时，得到碳硼烷多元醇。

其中，碳硼烷二酚、二酰氯的摩尔比为1:1。

碳硼烷二酚选自1，7-双羟甲基-间碳硼烷、1,7-二(4-羟基苯基)-m-碳硼烷、1,2-二(4-羟基苯基)-邻二碳代闭式十二硼烷中的一种；

二酰氯选自对苯二甲酰氯、4,4-二酰氯二苯醚中的一种；

(2)碳硼烷多元醇改性石墨烯

先将石墨烯在70℃下烘干，再将碳硼烷多元醇倒入其中，加入蒸馏水搅拌均匀，进行超声处理30min，最后烘干水分得到碳硼烷多元醇改性石墨烯备用；

其中，石墨烯和碳硼烷多元醇的质量比为1:3-5；

碳硼烷多元醇改性石墨烯的结构为：

(3)交联型自修复聚氨酯的制备