本發(fā)明涉及聚氨酯，具體而言，涉及一種基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、凝膠材料是指在溶膠或溶液中的膠體粒子或高分子在一定條件下，經(jīng)過(guò)化學(xué)交聯(lián)或物理交聯(lián)形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)空隙中充滿了作為分散介質(zhì)的液體或氣體的特殊分散體系。基于分散介質(zhì)的屬性分類(lèi)，凝膠可分為水凝膠、離子凝膠和有機(jī)凝膠等。常見(jiàn)的水凝膠材料是指以水作為分散介質(zhì)所獲得的凝膠材料，其性能受溫度、濕度與ph等外部條件的影響，缺乏長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在高溫環(huán)境下，水分揮發(fā)且低溫下易結(jié)晶，無(wú)法在寬溫域、高強(qiáng)度等嚴(yán)苛條件下使用。

2、而以離子液體作為分散介質(zhì)的離子凝膠則能有效克服上述問(wèn)題。具體地，離子液體具有可忽略的蒸氣壓、良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性、不易燃性、可調(diào)節(jié)的極性以及離子電導(dǎo)性，使得離子凝膠在應(yīng)用環(huán)境下具有較好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性。離子液體與高分子材料之間能夠通過(guò)化學(xué)鍵、氫鍵、靜電作用等相互作用結(jié)合形成穩(wěn)定的離子凝膠，通過(guò)各種強(qiáng)化增韌機(jī)制能夠賦予凝膠更高的機(jī)械強(qiáng)度等性能。

3、聚氨酯是通過(guò)多元醇和多異氰酸酯的連續(xù)縮聚反應(yīng)形成的聚合物材料，由于原材料選擇的多樣性與合成的可設(shè)計(jì)性，聚氨酯的性能可塑性極強(qiáng)。聚氨酯具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、防水、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是用于制備離子凝膠的優(yōu)秀候選材料。如公開(kāi)號(hào)為cn116693801a的專(zhuān)利，就公開(kāi)了一種兩性離子聚氨酯及兩性離子聚氨酯基離子凝膠的制備方法及其應(yīng)用，將經(jīng)過(guò)擴(kuò)鏈劑改性處理后的聚氨酯與離子液體復(fù)合，制得機(jī)械性能突出的離子凝膠。

4、然而，現(xiàn)有的聚氨酯離子凝膠在改性設(shè)計(jì)和性能上存在如下問(wèn)題：通過(guò)向聚氨酯中引入剛性基團(tuán)，可以使聚氨酯離子凝膠的強(qiáng)度增強(qiáng)，但引入大量剛性基團(tuán)必然必然引起其韌性衰減，即聚氨酯離子凝膠的力學(xué)強(qiáng)度與韌性難以兼顧。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的聚氨酯離子凝膠通過(guò)引入剛性基團(tuán)來(lái)增強(qiáng)其強(qiáng)度必然導(dǎo)致其韌性衰減，即強(qiáng)度和韌性難以同時(shí)兼顧的問(wèn)題。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供了一種基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠，包括離子液體以及經(jīng)擴(kuò)鏈劑改性處理的改性聚氨酯，所述擴(kuò)鏈劑分子中包含苯環(huán)以及酰肼基團(tuán)，所述離子液體為含有多重氫鍵的1-烷基-3-甲基咪唑鎓鹽化合物。

4、優(yōu)選地，所述擴(kuò)鏈劑包括間苯二甲酸二酰肼、鄰苯二甲酸二酰肼、對(duì)苯二甲酸二酰肼、2,5-二丁氧基對(duì)苯二酰肼、2,5-二丙氧基對(duì)苯二酰肼、2,5-二乙氧基對(duì)苯二酰肼、2,5-雙(芐氧基)對(duì)苯二酰肼中的一種或多種。

5、優(yōu)選地，所述改性聚氨酯的制備方法，包括如下步驟：

6、a1?取擴(kuò)鏈劑，加入至溶劑中，混勻，得到擴(kuò)鏈反應(yīng)液；

7、a2?在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將擴(kuò)鏈反應(yīng)液滴加至聚氨酯預(yù)聚體中，加熱攪拌，進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到所述改性聚氨酯。

8、優(yōu)選地，所述聚氨酯預(yù)聚體分子鏈端包含異氰酸根。聚氨酯預(yù)聚體中可選擇性地引入異氰酸根封端基團(tuán)等剛性結(jié)構(gòu)，用以提升材料的強(qiáng)度，因而本領(lǐng)域技術(shù)人員也可根據(jù)實(shí)際情況，選擇引入異氰酸根以外的其他剛性基團(tuán)。

9、優(yōu)選地，所述聚氨酯預(yù)聚體的制備方法，包括如下步驟：

10、b1?按摩爾比為1:1.5-3，取二元醇和二異氰酸酯，加入至溶劑中，混合均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加熱至20-80℃，進(jìn)行反應(yīng)，得到由異氰酸根封端的聚氨酯預(yù)聚體。

11、優(yōu)選地，二元醇包括聚己二酸-1,4-丁二醇酯、聚四氫呋喃中的一種或多種。

12、優(yōu)選地，二異氰酸酯包括4,4-二異氰酸酯二環(huán)己基甲烷、六亞甲基二異氰酸酯、異氟爾酮二異氰酸酯、4,4’-亞甲基雙異氰酸苯酯中的一種或多種。

13、優(yōu)選地，所述離子液體包括1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽中的一種或多種。

14、一種如上述基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠的制備方法，包括如下步驟：

15、取離子液體，加入至改性聚氨酯中，離心分散，再進(jìn)行超聲均質(zhì)處理，然后置于真空脫氣，并脫除溶劑，加熱干燥，得到所述強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠。

16、優(yōu)選地，離子液體的添加量為改性聚氨酯質(zhì)量的20-110%。

17、本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下有益效果：

18、本發(fā)明的聚氨酯離子凝膠材料體系中，離子液體中引入多重氫鍵活性位點(diǎn)；而擴(kuò)鏈劑與聚氨酯硬段中含有酰肼基團(tuán)與苯環(huán)基團(tuán)，除通過(guò)離子液體本身引入的多重氫鍵外，還能夠在苯環(huán)的作用下促進(jìn)材料體系中π-π堆疊的超分子作用的形成，在較高離子液體添加量的情況下，不但避免力學(xué)性能下降，而且使得力學(xué)強(qiáng)度和韌性都能同步提升。具體地，在該離子凝膠體系中，上述超分子作用可以形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，超分子作用及其形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可使材料在應(yīng)力作用下更加易于變形，而不會(huì)立即破裂，因此提升其韌性；且在發(fā)生斷裂或變形時(shí)，超分子作用的可逆犧牲建斷裂和再形成過(guò)程可以吸收一定的能量，從而減緩材料的破壞，即表現(xiàn)出優(yōu)異的韌性效果，并在面對(duì)外部壓力和溫度的變化時(shí)，都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性；此外，超分子作用可提供額外的相互作用力，使分子間的連接更加緊密，更進(jìn)一步地提升材料強(qiáng)度。

技術(shù)特征：

1.一種基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠，其特征在于，包括離子液體以及經(jīng)擴(kuò)鏈劑改性處理的改性聚氨酯；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠，其特征在于，所述改性聚氨酯的制備方法，包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠，其特征在于，所述聚氨酯預(yù)聚體分子鏈端包含異氰酸根。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠，其特征在于，所述聚氨酯預(yù)聚體的制備方法，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠，其特征在于，二元醇包括聚己二酸-1,4-丁二醇酯、聚四氫呋喃中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠，其特征在于，二異氰酸酯包括4,4-二異氰酸酯二環(huán)己基甲烷、六亞甲基二異氰酸酯、異氟爾酮二異氰酸酯、4,4’-亞甲基雙異氰酸苯酯中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠，其特征在于，所述離子液體包括1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽中的一種或多種。

8.一種如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及聚氨酯技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)現(xiàn)有的聚氨酯離子凝膠通過(guò)引入剛性基團(tuán)來(lái)增強(qiáng)其強(qiáng)度必然導(dǎo)致其韌性衰減，即強(qiáng)度和韌性難以同時(shí)兼顧的問(wèn)題，具體公開(kāi)了一種基于硬段增強(qiáng)的強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠及其制備方法，強(qiáng)韌聚氨酯離子凝膠包括離子液體以及經(jīng)擴(kuò)鏈劑改性處理的改性聚氨酯；擴(kuò)鏈劑包括間苯二甲酸二酰肼等中的一種或多種；離子液體為1?烷基?3?甲基咪唑鎓鹽化合物，離子液體與擴(kuò)鏈劑之間形成π?π堆疊結(jié)構(gòu)；且離子液體的含量為改性聚氨酯質(zhì)量的20?110%。通過(guò)向離子液體中引入多重氫鍵，及擴(kuò)鏈劑中含有酰肼基團(tuán)，使得離子凝膠體系中含有多重氫鍵及其形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不僅具有高強(qiáng)度，還能保持良好的韌性和熱穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉桂廷,韓曉堃,陸天韻,郭少云
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15