[发明专利]一种室温自修复型聚氨酯涂层树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种室温自修复型聚氨酯涂层树脂及其制备方法，由以下原料按重量份计制得：聚合物多元醇树脂40～65份、二异氰酸酯20～45份、二元仲胺扩链剂5～20份、交联剂1～5份、催化剂0.05～1份和稀释溶剂20～30份。将上述原料混合进行缩聚反应即得到室温自修复型聚氨酯涂层树脂。本发明中的二胺扩链剂优选含有较大空间位阻基团的二元仲胺，其不仅能与异氰酸酯反应生成动态脲键，且其较大的空间位阻效应能够诱导脲键在室温下进行动态交换作用，从而赋予聚氨酯涂层树脂室温、快速自修复特性。本发明制备的室温自修复型聚氨酯涂层树脂制备工艺简单，可控性强，原料易得，制得的材料具有较高的自修复效率，便于工业化规模生产。

技术领域

本发明涉及功能性涂层树脂制备领域，具体涉及一种室温自修复型聚氨酯涂层树脂及其制备方法。

背景技术

近年来，新型功能性涂层材料产品/技术已应用到国民生产生活中的方方面面，从传统的家用电器、建筑材料、消费电子、交通运输等领域，已逐渐扩展至新能源电池、航空航天、新智能可穿戴等领域。下游高端消费品市场需求的增长，将为新型功能涂层材料行业的发展提供有利保障。

目前，市场上常见的功能性涂层材料中，很大部分都是以环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂或其二元/三元复合物作为树脂基体的功能性涂料产品。其中，聚氨酯树脂以其独特的微相分离结构使得聚氨酯材料的机械性能优异，特别表现在拉伸强度、硬度、耐撕裂强度和柔韧性上，并具有良好的耐候性、耐化学腐蚀、耐高温、耐磨性等优势，且使用安全、无污染，因此作为功能化涂层树脂被广泛应用到公共基础建设、家具家电、汽车、新兴电子设备等领域。然而，作为涂层材料，聚氨酯树脂在使用过程中难以避免会受到各种机械损伤而产生裂纹，导致性能下降甚至断裂而影响其使用寿命。

在现有技术中，一种解决方案是通过向树脂基体中加入微胶囊修复剂来实现材料损伤的自我修复。然而该外源型自修复方式(如微胶囊、微血管法)存在着修复剂消耗完后材料将失去自修复能力的问题。另一种能够实现多次修复功能的本征型自修复方式得到了材料工程师们的大量关注。本征型自修复材料一般具有可逆共价键或非价键化学结构，能够在外部刺激下(光、热、pH等)引发内部可逆结构的断裂和重组，并带动局部分子链流动，达到修复微观分子和宏观损伤的效果。常见应用于自修复聚氨酯树脂中的可逆结构包括可逆共价键(如Diels-Alder键、S-S键、亚胺键等)、氢键、π-π堆叠或配位作用等，理论上可实现受损材料的无限次修复可能。

然而，上述可逆动态共价键在室温下都需要外界因素(如光、热、pH)刺激才能实现可逆断裂和重组过程，操作过程复杂且需要外界能量输入，大大限制了其实际应用需求。CN110684175A公开了一种高透光率的超韧室温本征自修复弹性体材料及其制备方法。该材料是由异氟尔酮二胺、甲苯二异氰酸酯封端的聚丙二醇和小分子一元醇混合缩聚而成。其制得的本征自修复聚氨酯弹性体材料通过超分子氢键构建，其软/硬相单元堆积为材料提供了一种较高的机械强度和较好的延展度，在一定作用下，软相、硬相先后解离-重组，实现材料的室温自修复功能，并展现出较高的韧性和透明度。然而，其应用反应活性高的二元伯胺分子异氟尔酮二胺与二异氰酸酯反应来生产脲键型自修复聚氨酯弹性体材料，反应过程不易控制，极易产生凝胶化而导致合成困难。因此，开发出新型的合成过程简单可控的室温自修复型聚氨酯材料具有重要的实用价值和经济意义。

另外，目前在有关汽车、家电、可穿戴电子设备等的功能性涂层设计中，大多集中于涂层抗污、抗划痕、防指纹、自清洁性能的提升，而不需要外加能量的室温自修复型聚氨酯树脂涂层产品则关注较少，亟待开发。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种室温自修复型聚氨酯涂层树脂及其制备方法。本发明制备的聚氨酯涂层树脂能够在室温下实现裂纹的快速修复，具有较高的修复效率，且生产工艺简单，可控性强，原料易得，便于工业化规模生产。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：