本申請涉及高分子材料，具體涉及一種可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、聚氨酯是一種用途廣泛的高分子材料，因其卓越的性能，如耐磨性、高機(jī)械強(qiáng)度、高彈性、耐老化、耐腐蝕等，在家具、建筑、電子、紡織、醫(yī)療等多個領(lǐng)域都有應(yīng)用。然而，聚氨酯在實(shí)際使用過程中不可避免地會遭受物理或化學(xué)的損害，進(jìn)而導(dǎo)致材料損傷，乃至性能下降失效，甚至報(bào)廢，這些失效報(bào)廢的聚氨酯必將加劇能源消耗以及環(huán)境污染。

2、發(fā)展可自修復(fù)型聚氨酯無疑是延長其使用壽命，也是有效緩解能源危機(jī)和環(huán)保壓力的可行途徑之一，但目前大多數(shù)本征型自修復(fù)聚氨酯主要是基于二硫鍵、二硒鍵和烷氧基胺結(jié)構(gòu)合成的，自修復(fù)性能大部分均需要外界條件的刺激才能實(shí)現(xiàn)，比如高溫加熱或長時(shí)間光照。與之相比，低溫乃至室溫修復(fù)的聚氨酯顯得尤為可貴。有研究表明，在聚氨酯結(jié)構(gòu)中引入大量肟-氨基甲酸酯基團(tuán)(也稱肟-氨酯鍵)可以賦予聚氨酯具備室溫自發(fā)自修復(fù)的性能，原理是肟-氨酯鍵是一種具備動態(tài)交換的新型共價(jià)鍵，其賦予聚氨酯本征自修復(fù)性，但就目前研究看來，基于肟-氨酯鍵的自修復(fù)性聚氨酯的研究尚處于起步階段，主要存在兩個極端：(1)自愈合溫度低，甚至室溫可自愈合，但機(jī)械性能較差；(2)交聯(lián)密度大，有較好的力學(xué)性能，但自愈合的條件要求較高。另外，來源于石化資源的傳統(tǒng)聚氨酯不具備可再生的性能，不滿足聚氨酯行業(yè)持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，目前業(yè)內(nèi)更傾向于利用生物質(zhì)制備生物基聚氨酯，但生物基聚氨酯普遍存在力學(xué)性能等不如傳統(tǒng)聚氨酯的缺陷，因此，需要對其進(jìn)行雜化改性。

3、綜上，開發(fā)一種具備在溫和條件下可愈合的生物基聚氨酯具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請的目的在于提供一種可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯、制備方法及應(yīng)用。該硅氧烷改性生物基聚氨酯雜化材料含有大量可在室溫下進(jìn)行動態(tài)可逆裂解-交換反應(yīng)的肟氨酯基團(tuán)以保證自愈合效率，同時(shí)通過引入蓖麻油基硅烷(sco)在聚氨酯中形成內(nèi)交聯(lián)加外交聯(lián)的雙重交聯(lián)形式，實(shí)現(xiàn)聚氨酯材料表面功能化以及增強(qiáng)力學(xué)、耐水、耐溶劑等性能的目的。

2、為達(dá)到上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦录夹g(shù)方案：

3、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯的制備方法，具體步驟為：

4、第一步，合成蓖麻油基硅烷(sco)；

5、第二步，以聚己內(nèi)酯(pcl)為軟段，異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)為硬段，丁二酮肟(dmg)為擴(kuò)鏈劑，第一步獲得的蓖麻油基硅烷(sco)為交聯(lián)劑，巰丙基三甲氧基硅烷(mptem)為封端劑，采用一鍋法制備蓖麻油基聚氨酯(dscpu)；

6、第三步，將第二步獲得的蓖麻油基聚氨酯(dscpu)倒入紡錘形聚四氟乙烯模具中，干燥、去除殘留溶劑，獲得所述可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯。

7、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯，其通過前述制備方法制備。

8、第三方面，本申請?zhí)峁┝艘环N前述可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯在制備生物醫(yī)學(xué)材料、電子設(shè)備、紡織品、涂料制品中的應(yīng)用。

9、本申請?zhí)峁┑囊环N可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯、制備方法及應(yīng)用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具備以下有益效果：

10、1.本申請?zhí)峁┑目勺孕迯?fù)的蓖麻油基聚氨酯，其分子結(jié)構(gòu)中含有蓖麻油基硅烷(sco)這種雙重交聯(lián)劑，一方面蓖麻油的多羥基結(jié)構(gòu)在合成過程中形成內(nèi)交聯(lián)，增強(qiáng)聚氨酯的機(jī)械性能；另一方面通過點(diǎn)擊化學(xué)在co側(cè)鏈引入的大量硅氧烷基團(tuán)在蓖麻油基聚氨酯(dscpu)成膜過程中發(fā)生水解形成硅羥基(si-oh)，進(jìn)而縮合形成si-o-si結(jié)構(gòu)，以及在聚氨酯內(nèi)部形成聚硅氧烷起到增強(qiáng)劑的效果；雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)疊加有機(jī)-無機(jī)雜化結(jié)構(gòu)可有效增強(qiáng)dscpu的機(jī)械性能及耐水、耐熱等性能。

11、2.本申請?zhí)峁┑目勺孕迯?fù)的蓖麻油基聚氨酯，其蓖麻油側(cè)鏈上的甲氧基易與基質(zhì)表面的-oh縮合，形成牢固的共價(jià)鍵，增強(qiáng)附著力；聚氨酯結(jié)構(gòu)中引入大量聚己內(nèi)酯(pcl)作為可降解軟段，則有利于充分釋放聚氨酯的生物相容性，同時(shí)聚己內(nèi)酯(pcl)固有的耐水性也能保證聚氨酯在低交聯(lián)度情況下保持良好的耐水性。

12、3.本申請?zhí)峁┑目勺孕迯?fù)的蓖麻油基聚氨酯，分子結(jié)構(gòu)中形成的大量動態(tài)肟-氨基甲酸酯鍵，提供優(yōu)異的自修復(fù)性。

13、4.本申請?zhí)峁┑目勺孕迯?fù)的蓖麻油基聚氨酯的制備方法，工藝簡單、成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)，所制備出來的聚氨酯材料應(yīng)用廣泛，可以用于生物醫(yī)學(xué)材料、建筑材料、汽車內(nèi)外飾件、電子設(shè)備、電子設(shè)備、紡織品、涂料等眾多領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.一種可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，上述s1中，合成蓖麻油基硅烷的具體步驟為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述惰性氣體為氬氣，所述光引發(fā)劑為安息香二甲醚，其在第一混合物中的質(zhì)量占比為1％～4％；步驟(2)中，紫外光的波長為300～400nm，光強(qiáng)度為1200～1500mw。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，上述s2中，制備蓖麻油基聚氨酯的具體步驟為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，上述s1和s2中，蓖麻油、巰丙基三甲氧基硅烷、異佛爾酮二異氰酸酯、聚己內(nèi)酯以及丁二酮肟的質(zhì)量比為1.56～6.22：0.98～3.92：8：8～15：1.97。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，上述s1和s2中，蓖麻油、巰丙基三甲氧基硅烷、異佛爾酮二異氰酸酯、聚己內(nèi)酯以及丁二酮肟的質(zhì)量比為1.56：0.98：8：15：1.97。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在某些實(shí)施例中，在s2制備蓖麻油基聚氨酯的反應(yīng)過程中，添加2-丁酮調(diào)節(jié)蓖麻油基聚氨酯至質(zhì)量濃度為25～35％，二月桂酸二丁基錫(dbtdl)的加入量為0.1～0.2ml。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，上述s3中，所述干燥處于真空條件下，其中干燥溫度為50～70℃，干燥時(shí)間為10～24h。

9.一種可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯，其特征在于，通過權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述制備方法制備。

10.權(quán)利要求9所述可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯在制備生物醫(yī)學(xué)材料、電子設(shè)備、紡織品、涂料制品中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種可自修復(fù)的蓖麻油基聚氨酯、制備方法及應(yīng)用。該蓖麻油基聚氨酯的分子結(jié)構(gòu)中含有蓖麻油基硅烷(SCO)這種雙重交聯(lián)劑，蓖麻油的多羥基結(jié)構(gòu)在合成過程中形成內(nèi)交聯(lián)，增強(qiáng)聚氨酯的機(jī)械性能；CO側(cè)鏈引入的大量硅氧烷基團(tuán)在蓖麻油基聚氨酯(DSCPU)成膜過程中發(fā)生水解形成硅羥基(Si?OH)，進(jìn)而縮合形成Si?O?Si結(jié)構(gòu)，以及在聚氨酯內(nèi)部形成聚硅氧烷起到增強(qiáng)劑的效果；雙重交聯(lián)結(jié)構(gòu)疊加有機(jī)?無機(jī)雜化結(jié)構(gòu)可有效增強(qiáng)DSCPU的機(jī)械性能及耐水、耐熱等性能。該蓖麻油基聚氨酯的制備方法，工藝簡單、成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)，所制備出來的聚氨酯材料可用于生物醫(yī)學(xué)材料、建筑材料、汽車內(nèi)外飾件、電子設(shè)備、電子設(shè)備、紡織品、涂料等眾多領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：盧小菊,孟鴛,楊翔宇,張定邦,汪召豪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9