CN114292378A - 一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料及制备方法 - Google Patents

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丁永志
慕仙莲
刘元海
何卫平
王广超
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Abstract

本申请提供了一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料及制备方法,包括:选取二苯基甲烷二异氰酸酯和聚丙二醇2000作为原材料、聚乙二醇作为扩链剂、二月桂酸二丁基锡作为催化剂和乙酸丁酯作为溶剂;将所述乙酸丁酯、聚乙二醇依次加入三角烧瓶中,并进行充分搅拌;按量添加所述二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,并在60℃的温度下,基于第一转速进行搅拌2~3小时;按量加入所述聚乙二醇和二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时,得到聚氨酯弹性材料;本申请提供的一种本征型自愈合聚氨酯材料,不需添加异种修复剂,在分子健合作用下,能够对同一损伤部位进行多次修复,延长材料的使用寿命。

Description

一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料及制备方法
技术领域
本申请属于高分子材料制品腐蚀防护技术领域,尤其涉及一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料及制备方法。
背景技术
聚氨酯作为一种高分子材料具有密度小、强度高、附着力好等优点,常用作防腐涂料的成膜物质。在使用过程中,由于受力、热、化学等因素的影响,聚氨酯膜层在外力或腐蚀作用下极易产生损伤,如不及时修复,将带来安全隐患。
基于仿生原理,美国军方在20世纪80年代中期首先提出了自愈合材料的相关概念,该类材料能够进行自我诊断,并且对损伤部位进行自我修复。
根据体系进行物质和能量供给方式的不同可将自愈合过程分为外植型自愈合和本征型自愈合两种,外植型自愈合技术是利用微胶囊、液芯纤维、微脉管等方式将修复剂埋置于涂层之中,当材料受到损伤时,微胶囊、液芯纤维、微脉管等受损破裂,释放出修复剂对损伤部位进行修复。
但是,外植型自愈合技术只能对同一损伤部位进行有限次修复,修复效果与修复剂的释放速率有很大关系,而且要求微胶囊、微脉管等与树脂相容性好,若两者不能较好融合在一起,势必会影响膜层整体性能。
发明内容
为了解决上述技术问题,第一方面,本发明提供了一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料制备方法,所述方法包括:
选取二苯基甲烷二异氰酸酯和聚丙二醇2000作为原材料、聚乙二醇作为扩链剂、二月桂酸二丁基锡作为催化剂和乙酸丁酯作为溶剂;
将所述乙酸丁酯、聚乙二醇依次加入三角烧瓶中,并进行充分搅拌;
按量添加所述二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,并在60℃的温度下,基于第一转速进行搅拌2~3小时;
按量加入所述聚乙二醇和二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时,得到聚氨酯弹性材料。
优选地,所述聚丙二醇2000、二苯基甲烷二异氰酸酯、聚乙二醇用量摩尔比为5:2:1。
优选地,所述按量添加所述二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,包括:
基于预设量添加所述二苯基甲烷二异氰酸酯,并加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡。
优选地,所述按量加入所述聚乙二醇和二月桂酸二丁基锡,包括:
按量加入所述聚乙二醇,并加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时。
优选地,所述第二转速大于所述第一转速。
优选地,所述溶剂还包括丁酯和/或丙酮。
优选地,所述按量加入所述聚乙二醇,并加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时,包括:
按量加入所述聚乙二醇,搅拌10min之后,再加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时。
第二方面,本申请还提供了一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料,所述弹性材料由上述任一项所述的方法制成。
本申请的有益技术效果:
本申请提供的一种本征型自愈合聚氨酯材料,不需添加异种修复剂,在分子健合作用下,能够对同一损伤部位进行多次修复,延长材料的使用寿命。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种聚氨酯弹性体材料合成路线图。
具体实施方式
针对现有自愈合材料制品的不足,本申请基于超分子作用,对聚氨酯弹性体结构进行设计,合成自愈合聚氨酯材料,使其具备自修复能力。
需要说明的是,本申请的目的在于提供一种本征型自愈合聚氨酯材料制品,不需添加异种修复剂,在分子健合作用下,能够对同一损伤部位进行多次修复,延长材料的使用寿命。
在本申请实施例中,本征型自愈合技术基于氢键、离子键、π-π堆叠作用、配位作用、范德华力等超分子作用,多是利用分子内或分子间氢键可逆的相互作用实现自我修复损伤,不需要在体系中额外添加修复剂或催化剂,在理论上能够对同一损伤部位进行无数次修复,涂层一旦出现损伤便会自我感知,立即修复伤口,可延长材料的使用寿命。因此,开发出一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料具有重要现实意义。
在本申请实施例中,本申请采用的技术方案如下:
其中,聚氨酯弹性体材料采用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和聚丙二醇2000(PPG2000)为原材料,聚乙二醇(PEG200)为扩链剂,二月桂酸二丁基锡为催化剂,乙酸丁酯为溶剂合成,合成路线如图1所示。
其中,合成聚氨酯弹性体材料时,各物质按质量分配如表1。
表1
物质 质量/g
聚丙二醇2000 80~100
二苯基甲烷二异氰酸酯 3.5~6
聚乙二醇(PEG200) 1~2
二月桂酸二丁基锡 0.2~0.5
乙酸丁酯 30~60
其中,聚丙二醇2000的质量可以是80g、84g、90g、93g、97g、100g等,二苯基甲烷二异氰酸酯的质量可以是3.5g、4.2g、4.5g、4.9g、5.7g、6.0g等;具体质量在此不做限定,当然也可以是其他质量。
其中,聚乙二醇(PEG200)的质量可以是1.0g、1.25g、1.4g、1.8g、2.0g等,二月桂酸二丁基锡的质量可以是0.2g、0.28g、0.3g、0.38g、0.45g、0.5g等,乙酸丁酯的质量可以是30g、35g、40g、45g、50g、56g、60g等;具体质量在此不做限定,当然也可以是其他质量。
在一种可行的实现方式中,聚氨酯合成中的原料聚丙二醇2000、二苯基甲烷二异氰酸酯、聚乙二醇用量摩尔比为5:2:1。
其中,聚氨酯合成中的溶剂包括丁酯、丙酮、乙酸丁酯等中的一种或几种的混合物,优选乙酸丁酯。
在本申请其他实施例中,本申请提供的制备方法如下:
第一步:根据聚氨酯材料合成路线中各成分质量准备好原料;
第二步:将乙酸丁酯、聚乙二醇(PEG200)依次加入三角烧瓶中,充分搅拌;
第三步:按量添加二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡,在60℃下搅拌2~3小时;
第四步:加入聚乙二醇,并添加剩余一半二月桂酸二丁基锡,提高转速,搅拌2~3小时。
本申请所达到的技术效果如下:
采用本申请实施例1~5制备的聚氨酯弹性体材料,刷涂于马口铁试板上,24小时表干后,进行机械损伤,室温放置24小时,观察其自愈合能力,性能列于表2。
表2
Figure BDA0003428925650000041
在本申请其他实施例中,本申请实施例1~5中聚氨酯材料合成原料列于表3。
表3
Figure BDA0003428925650000051
在本申请实施例1中,本申请提供的一种聚氨酯弹性体材料制备方法,具体步骤如下:
第一步:按照各物质质量准备好原材料
聚丙二醇2000 80g;
二苯基甲烷二异氰酸酯3.8g;
聚乙二醇1.2g;
二月桂酸二丁基锡0.26g;
乙酸丁酯30g;
第二步:向500mL三口烧瓶中加入乙酸丁酯30g作溶剂,在200r/min搅拌速率下加入80g聚丙二醇2000,混合均匀;
第三步:添加二苯基甲烷二异氰酸酯3.8g,将转速调至500r/min,充分搅拌后,缓慢滴加0.13g二月桂酸二丁基锡,在60℃下搅拌2小时。
第四步:向第三步得到的混合液中加入聚乙二醇(PEG200)1.2g,搅拌10min后,缓慢滴加0.13g二月桂酸二丁基锡,提高转速至800r/min,搅拌2小时,得到聚氨酯弹性体材料。
在本申请实施例2中,本申请提供放入一种聚氨酯弹性体材料制备方法,具体步骤如下:
第一步:按照各物质质量准备好原材料
聚丙二醇2000 84g;
二苯基甲烷二异氰酸酯4.2g;
聚乙二醇1.4g;
二月桂酸二丁基锡0.3g;
乙酸丁酯38g;
第二步:向500mL三口烧瓶中加入乙酸丁酯38g作溶剂,在200r/min搅拌速率下加入84g聚丙二醇2000,混合均匀;
第三步:添加二苯基甲烷二异氰酸酯4.2g,将转速调至500r/min,充分搅拌后,缓慢滴加0.15g二月桂酸二丁基锡,在60℃下搅拌2小时。
第四步:向第三步得到的混合液中加入聚乙二醇(PEG200)1.4g,搅拌10min后,缓慢滴加0.15g二月桂酸二丁基锡,提高转速至800r/min,搅拌2小时,得到聚氨酯弹性体材料。
在本申请实施例3中,本申请提供的一种聚氨酯弹性体材料制备方法,具体步骤如下:
第一步:按照各物质质量准备好原材料
聚丙二醇2000 90g;
二苯基甲烷二异氰酸酯4.5g;
聚乙二醇1.8g;
二月桂酸二丁基锡0.32g;
乙酸丁酯45g;
第二步:向500mL三口烧瓶中加入乙酸丁酯45g作溶剂,在200r/min搅拌速率下加入90g聚丙二醇2000,混合均匀;
第三步:添加二苯基甲烷二异氰酸酯4.5g,将转速调至700r/min,充分搅拌后,缓慢滴加0.16g二月桂酸二丁基锡,在60℃下搅拌2.5~3小时。
第四步:向第三步得到的混合液中加入聚乙二醇(PEG200)1.8g,搅拌10min后,缓慢滴加0.16g二月桂酸二丁基锡,提高转速至1000r/min,搅拌2小时,得到聚氨酯弹性体材料。
在本申请实施例4中,本申请提供的一种聚氨酯弹性体材料制备方法,具体步骤如下:
第一步:按照各物质质量准备好原材料
聚丙二醇2000 95g;
二苯基甲烷二异氰酸酯4.6g;
聚乙二醇1.8g;
二月桂酸二丁基锡0.38g;
乙酸丁酯50g;
第二步:向500mL三口烧瓶中加入乙酸丁酯50g作溶剂,在200r/min搅拌速率下加入1.8g聚丙二醇2000,混合均匀;
第三步:添加二苯基甲烷二异氰酸酯4.5g,将转速调至700r/min,充分搅拌后,缓慢滴加0.16g二月桂酸二丁基锡,在60℃下搅拌2小时。
第四步:向第三步得到的混合液中加入聚乙二醇(PEG200)1.8g,搅拌10min后,缓慢滴加0.16g二月桂酸二丁基锡,提高转速至1000r/min,搅拌2.5~3小时,得到聚氨酯弹性体材料。
在本申请实施例5中,本申请提供的一种聚氨酯弹性体材料制备方法,具体步骤如下:
第一步:按照各物质质量准备好原材料
聚丙二醇2000 100g;
二苯基甲烷二异氰酸酯5.7g;
聚乙二醇2.0g;
二月桂酸二丁基锡0.44g;
乙酸丁酯60g;
第二步:向500mL三口烧瓶中加入乙酸丁酯60g作溶剂,在200r/min搅拌速率下加入100g聚丙二醇2000,混合均匀;
第三步:添加二苯基甲烷二异氰酸酯5.7g,将转速调至700r/min,充分搅拌后,缓慢滴加0.22g二月桂酸二丁基锡,在60℃下搅拌2小时。
第四步:向第三步得到的混合液中加入聚乙二醇(PEG200)2.0g,搅拌10min后,缓慢滴加0.22g二月桂酸二丁基锡,提高转速至1000r/min,搅拌2.5~3小时,得到聚氨酯弹性体材料。
本发明通过上述实施例来说明其详细方法,但本发明并不局限于上述详细方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各漆料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料制备方法,其特征在于,所述方法包括:
选取二苯基甲烷二异氰酸酯和聚丙二醇2000作为原材料、聚乙二醇作为扩链剂、二月桂酸二丁基锡作为催化剂和乙酸丁酯作为溶剂;
将所述乙酸丁酯、聚乙二醇依次加入三角烧瓶中,并进行充分搅拌;
按量添加所述二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,并在60℃的温度下,基于第一转速进行搅拌2~3小时;
按量加入所述聚乙二醇和二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时,得到聚氨酯弹性材料。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述聚丙二醇2000、二苯基甲烷二异氰酸酯、聚乙二醇用量摩尔比为5:2:1。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述按量添加所述二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡,包括:
基于预设量添加所述二苯基甲烷二异氰酸酯,并加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述按量加入所述聚乙二醇和二月桂酸二丁基锡,包括:
按量加入所述聚乙二醇,并加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述第二转速大于所述第一转速。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述溶剂还包括丁酯和/或丙酮。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述按量加入所述聚乙二醇,并加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时,包括:
按量加入所述聚乙二醇,搅拌10min之后,再加入计算量一半的二月桂酸二丁基锡,并基于第二转速搅拌2~3小时。
8.一种本征型自愈合聚氨酯弹性材料,其特征在于,所述弹性材料由权利要求1-7中任一项所述的方法制成。
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