CN104725656A - 一种受损聚氨酯材料的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种受损聚氨酯材料的修复方法，其是在聚氨酯材料的受损处涂上嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂，用紫外光照射20～40min，完成聚氨酯材料的自修复，本发明的方法能够弥补的聚氨酯裂缝的空隙，愈合率较高，以更好的恢复材料的性能。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯材料裂缝修复研究技术领域，具体涉及一种在紫外光照射条件下实现受损聚氨酯材料自修复的方法。
背景技术
聚氨酯具有高强度、耐摩耗、抗撕裂、绕曲性能好和优异的加工性能，同时其耐油性和耐水性都极为优异。近年来，作为一种新兴的有机高分子材料，因其卓越的性能而被广泛用于国民经济的众多领域。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空等，被誉为“第五大塑料”。
由于广泛的应用和不同的使用环境，聚氨酯材料不可避免的会出现划痕和裂缝，这些损伤如果不能被及时的修复，破损处会进一步扩展，不仅会影响美观，还会影响材料的正常使用性能和寿命，特别是对于防水、防护、弹性体等产品的正常使用带来非常不利的影响。因此需要研发一种能够修复带有裂缝聚氨酯材料的技术，在恢复材料美观的同时保证材料的正常使用和延长材料的使用寿命。
目前，在聚氨酯材料裂缝修补方面通常采用化学黏结剂黏结法，常用的黏结剂有以环氧树脂或氨基甲酸乙酰为基体，与硬化剂混合调和使用。修复后，黏结部位明显，且厚度增加影响正常使用。
发明内容
为了解决聚氨酯修复技术所存在的不足，本发明提供了一种修复效果好、延长沥青路面寿命并且能够通过紫外光激发实现受损聚氨酯自修复的修复方法。
本发明所采用的技术方案是：在聚氨酯材料的受损处涂上嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂，用紫外光照射20～40min，完成聚氨酯材料的自修复。
上述修复剂是用以下方法制成：
(1)将壳聚糖加入浓度为1mol/L的NaOH溶液中至完全溶解，在-2～2℃条件下搅拌24～48h，得到脱乙酰基的壳聚糖，在-5～0℃冷藏；
(2)将步骤(1)冷藏的经过脱乙酰基的壳聚糖解冻后与过量异丙醇混合，搅拌1～2h，加入冷却的3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷，壳聚糖与3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷的质量比为1：0.06～0.1，升温至80℃，搅拌至反应完全，过滤，用甲醇清洗至中性，在55～65℃下干燥，得到嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体；
(3)步骤(2)所得的嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体分散在二甲基亚砜溶液里，20～30℃超声处理11～13h，升温至80℃，恒温连续搅拌47～49h，向混合溶液中加入六亚甲基二异氰酸酯和数均分子量为380～420的聚乙二醇溶液，使壳聚糖与六亚甲基二异氰酸酯、聚乙二醇的质量比为1：8.25～9.25：55.5～77.7，在N2气氛下20～30℃搅拌8～12min，得到嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂。
本发明的受损聚氨酯材料的修复方法是利用壳聚糖嵌有氧杂环丁烷的聚氨酯修复剂，在紫外光激发下合成的物质产生自由基，这些自由基重新组合产生新的物质，弥补的聚氨酯裂缝的空隙，从而实现受损聚氨酯自修复，愈合率较高，以更好的恢复材料的性能。
附图说明
图1为界面损坏后的聚氨酯(试样一)的光学显微镜照片。
图2为修复后的受损聚氨酯(试样二)的光学显微镜照片。
具体实施方案
现结合实验和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。
实施例1
按照下述的步骤合成壳聚糖嵌有氧杂环丁烷的聚氨酯修复剂：
(1)将2g壳聚糖加入盛放150mL浓度为1mol/L的NaOH溶液的三口烧瓶中，在0℃条件下搅拌30h，得到脱乙酰基的壳聚糖，0℃下冷藏48h。
(2)将步骤(1)冷藏的脱乙酰基的壳聚糖解冻后与150mL冷却的异丙醇混合，搅拌1h，加入0.15g冷却的3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷，壳聚糖与3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷的质量比为1：0.075，升温至80℃，搅拌12h至反应完全，过滤，用甲醇清洗至混合液为中性，在60℃下干燥12h，得到嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体；
(3)步骤(2)所得的嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体分散在120mL的二甲基亚砜溶液里，25℃超声处理12h，升温至80℃，恒温连续搅拌48h，向混合溶液中加入17.5g六亚甲基二异氰酸酯和120mL数均分子量为400的聚乙二醇，使壳聚糖与六亚甲基二异氰酸酯、聚乙二醇的质量比为1：8.75：66.6，在N2气氛下25℃搅拌10min，搅拌速率为300rpm，得到嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂。
本实施例修复受损聚氨酯材料的方法是：将上述方法所制备的嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂涂抹在聚氨酯材料的受损部位，然后用紫外光照射30min，在紫外光的激发下使聚氨酯材料与修复剂发生反应，从而实现聚氨酯材料的修复。
实施例2
本实施例修复受损聚氨酯材料的方法是将紫外光照射时间调整为20min，其他的操作与实施例1相同，实现聚氨酯材料自修复。
实施例3
本实施例修复受损聚氨酯材料的方法是将紫外光照射时间调整为40min，其他的操作与实施例1相同，实现聚氨酯材料自修复。
实施例4
上述实施例1～3的嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂还可以由以下过程合成：
(1)将2g壳聚糖加入装有150mL浓度为1mol/L NaOH溶液的三口烧瓶中，在2℃条件下搅拌24h，得到脱乙酰基的壳聚糖，-3℃下冷藏48h。
(2)将步骤(1)冷藏的脱乙酰基的壳聚糖解冻后与150mL冷却的异丙醇混合，搅拌1.5h至溶解完全，加入0.12g冷却的3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷，壳聚糖与3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷的质量比为1：0.06，升温至80℃，搅拌12h至反应完全，过滤，用甲醇清洗至混合液为中性，在55℃下干燥16h，得到嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体；
(3)步骤(2)所得嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体分散在100mL的二甲基亚砜溶液里，20℃超声处理13h，升温至80℃，恒温连续搅拌47h，向混合溶液中加入16.5g六亚甲基二异氰酸酯和100mL数均分子量为380的聚乙二醇，使壳聚糖与六亚甲基二异氰酸酯、聚乙二醇的质量比为1：8.25：55.5，在N2气氛下20℃搅拌8min，搅拌速率为300rpm，得到嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂。
实施例5
上述实施例1～3的壳聚糖嵌有氧杂环丁烷的聚氨酯修复剂还可以由以下过程合成：
(1)将2g壳聚糖加入装有150mL浓度为1mol/L NaOH溶液的三口烧瓶中，在0℃条件下搅拌24h，得到脱乙酰基的壳聚糖，0℃下冷藏48h。
(2)将步骤(1)冷藏的脱乙酰基的壳聚糖解冻后与150mL冷却的异丙醇混合，搅拌1h至溶解完全，加入0.2g冷却的3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷，壳聚糖与3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷的质量比为1：0.1，升温至80℃，搅拌12h至反应完全，过滤，用甲醇清洗至混合液为中性，在60℃下干燥12h，得到嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体；
(3)步骤(2)所得的嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体分散在140mL的二甲基亚砜溶液里，25℃超声处理12h，升温至80℃，恒温连续搅拌48h，向混合溶液中加入18.5g六亚甲基二异氰酸酯和140mL数均分子量为420的聚乙二醇，使壳聚糖与六亚甲基二异氰酸酯、聚乙二醇的质量比为1：9.25：77.7，在N2气氛下30℃搅拌8min，搅拌速率为300rpm，得到嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂。
为了检验本发明的修复效果，现通过下述实验进行验证：
(1)制备聚氨酯试样过程
将聚亚酰胺树脂和环氧树脂按质量配比1:1进行充分搅拌混合，搅拌好后的混合试样放到60℃烘箱中6h，最终得到聚氨酯试样。
(2)修复过程：嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂按照实施例1的方法合成，将界面损坏后的聚氨酯(试样一)按以下方法进行修复：将受损后的聚氨酯材料在受损处涂上嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂，并在紫外灯光下照射30min，得到试样二，所得图1和图2，其中，图1是界面损坏后的聚氨酯(试样一)的光学显微镜照片，经检测其平均裂缝宽度为8μm，图2是修复后的受损聚氨酯(试样二)的光学显微镜照片，经检测其平均裂缝宽度为2μm。
由图1和图2对比可以看出，聚氨酯裂缝明显减小，局部无裂缝痕迹，愈合率能够达到75％左右，说明此修复剂对聚氨酯的修复效果良好。
Claims (2)
1.一种受损聚氨酯材料的修复方法，其特征在于：在聚氨酯材料的受损处涂上嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂，用紫外光照射20～40min，完成聚氨酯材料的自修复。
2.根据权利要求1所述的受损聚氨酯材料的修复方法，其特征在于：所述修复剂是用以下方法制成：
(1)将壳聚糖加入浓度为1mol/L的NaOH溶液中至完全溶解，在-2～2℃条件下搅拌24～48h，得到脱乙酰基的壳聚糖，在-5～0℃冷藏；
(2)将步骤(1)冷藏的经过脱乙酰基的壳聚糖解冻后与过量异丙醇混合，搅拌1～2h，加入冷却的3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷，壳聚糖与3-氯甲基-3-甲基氧杂环丁烷的质量比为1：0.06～0.1，升温至80℃，搅拌至反应完全，过滤，用甲醇清洗至中性，在55～65℃下干燥，得到嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体；
(3)步骤(2)所得的嵌有氧杂环丁烷的壳聚糖单体分散在二甲基亚砜溶液里，20～30℃超声处理11～13h，升温至80℃，恒温连续搅拌47～49h，向混合溶液中加入六亚甲基二异氰酸酯和数均分子量为380～420的聚乙二醇溶液，使壳聚糖与六亚甲基二异氰酸酯、聚乙二醇的质量比为1：8.25～9.25：55.5～77.7，在N2气氛下20～30℃搅拌8～12min，得到嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构的修复剂。
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