本發(fā)明涉及一種基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于聚氨酯材料。

背景技術(shù)：

1、航空玻璃作為航空器中重要的結(jié)構(gòu)材料之一，承擔(dān)著保護(hù)乘客和機(jī)組人員的安全責(zé)任。然而，在航空飛行過程中，航空玻璃常常面臨諸如微裂紋、劃痕、高溫、壓力和撞擊等嚴(yán)峻的環(huán)境條件，這些因素會(huì)導(dǎo)致航空玻璃的破損和性能下降。

2、目前，為了提高航空玻璃的力學(xué)性能和自愈合性能，許多研究人員已經(jīng)開展了相關(guān)研究。傳統(tǒng)的航空玻璃材料通常采用增強(qiáng)劑和添加劑來提高其強(qiáng)度和抗破損性能。然而，這些增強(qiáng)劑和添加劑通常會(huì)導(dǎo)致材料的質(zhì)量增加、成本增加和透明度降低等問題。

3、針對以上問題，本領(lǐng)域亟需研發(fā)一種用于航空玻璃的材料，以提高航空玻璃的自愈合能力，增強(qiáng)其抗破損性能，保障航空器內(nèi)部的安全。因此，本發(fā)明提出了一種基于可逆氫鍵網(wǎng)絡(luò)和超支化結(jié)構(gòu)相結(jié)合的高力學(xué)性能、高自愈合性能聚氨酯材料，將其應(yīng)用于航空玻璃材料中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的一些問題，提供一種航空玻璃用高性能聚氨酯材料，以實(shí)現(xiàn)航空玻璃用聚合物膠片生產(chǎn)的國產(chǎn)化，通過賦予聚氨酯膠片優(yōu)異的自愈合功能和力學(xué)性能(如低溫韌性、抗高速?zèng)_擊性等)，極大地提升聚氨酯膠片的實(shí)際使用性能、服役壽命和安全性。

2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明首先提供一種基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的制備方法，所述方法包括：

4、(1)將二環(huán)己基甲烷-4,4'-二異氰酸酯(hmdi)、1,4-丁二醇(bdo)和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)充分?jǐn)嚢杌旌?，使二環(huán)己基甲烷-4,4'-二異氰酸酯(hmdi)和1,4-丁二醇(bdo)充分溶解到n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，之后油浴攪拌反應(yīng)，得到預(yù)聚體。

5、其中，所述二環(huán)己基甲烷-4,4'-二異氰酸酯(hmdi)、1,4-丁二醇(bdo)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)的質(zhì)量比例為19.68g：3.38g：30g；所述油浴攪拌反應(yīng)的條件為80℃攪拌反應(yīng)2h。

6、(2)將步驟(1)所得預(yù)聚體冷卻后加入dmf充分溶解，隨后轉(zhuǎn)移至冰浴并持續(xù)快速攪拌，得預(yù)聚體溶液；將二乙烯三胺(deta)溶于dmf中得deta溶液，然后將deta溶液滴加到預(yù)聚體溶液中，期間保持反應(yīng)溫度始終處于低溫狀態(tài)；滴加反應(yīng)完成后，保持低溫快速攪拌，再加入二乙醇胺(dea)，進(jìn)行封端反應(yīng)，得到含hpu的dmf溶液。

7、其中，所述預(yù)聚體冷卻至室溫，所述二乙烯三胺(deta)和dmf的質(zhì)量比為1.29g：40g；所述dea的用量為4.5g，所述低溫狀態(tài)為0-1℃；所述deta溶液滴加時(shí)間為3h。

8、所述的封端反應(yīng)期間每隔半小時(shí)測試體系中-nco基團(tuán)含量，測得含量為0時(shí)反應(yīng)結(jié)束，得到超支化聚氨酯(hpu)，所述超支化聚氨酯(hpu)的端基含有大量羥基，支鏈上含有脲基以及氨基甲酸酯。

9、(3)將異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)、聚四氫呋喃(ptmeg)和dmf充分?jǐn)嚢枞芙猓缓筮M(jìn)行油浴反應(yīng)，反應(yīng)完成后，冷卻至一定溫度；將1,4-丁二醇(bdo)溶解于dmf后，加入到反應(yīng)體系中攪拌均勻，進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)，再加入催化劑后繼續(xù)加熱反應(yīng)一段時(shí)間后完成擴(kuò)鏈步驟；擴(kuò)鏈完成后，將聚丙二醇(ppg-600)溶于dmf中加入到反應(yīng)體系中封端反應(yīng)，得到含線性pu的dmf溶液。

10、其中，所述ipdi、ptmeg和dmf的質(zhì)量比為44.46g：50g：30g，所述油浴反應(yīng)為80℃反應(yīng)2h，所述冷卻至溫度為60℃。

11、所述1,4-丁二醇(bdo)與dmf的質(zhì)量比為：11.27:10；

12、所述擴(kuò)鏈反應(yīng)為80℃反應(yīng)1h；

13、所述催化劑為二月桂酸二丁基錫(dbtdl)，所述催化劑用量為0.1-0.15ml，所述加入催化劑后繼續(xù)加熱反應(yīng)為80℃反應(yīng)2h；

14、所述聚丙二醇(ppg-600)和dmf的質(zhì)量比為18：20，所述封端反應(yīng)為85℃攪拌反應(yīng)2h。

15、(4)將步驟(3)所得含線性pu的dmf溶液和步驟(2)所得含hpu的dmf溶液混合，加熱攪拌使兩者共混均勻，充分混均勻后倒入聚四氟乙烯模具中，干燥，熱壓成膜，制備出bpu，即基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料。

16、其中，所述含線性pu的dmf溶液的固含為68％，即線性pu在含線性pu的dmf溶液中的含量為68％，所述含hpu的dmf溶液的固含為16.1％，即hpu在含hpu的dmf溶液中的含量為16.1％；所述含線性pu的dmf溶液與含hpu的dmf溶液的質(zhì)量比為40g：1.36-10.88g，優(yōu)選的，質(zhì)量比為40g：1.36g。

17、所述加熱攪拌的時(shí)間為2h，溫度為80℃。

18、所述干燥為80℃干燥24h除去體系中的dmf。

19、本發(fā)明還提供所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的制備方法制備得到的基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料，所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料具有超支化結(jié)構(gòu)，且具有高力學(xué)性能和自愈合能力。

20、本發(fā)明還提供所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括在制備航空玻璃用聚合物膠片、汽車涂層、柔性可穿戴電子設(shè)備、智能傳感中的應(yīng)用。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、(1)本發(fā)明所制備的聚氨酯材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和自愈合性能，可以使航空玻璃夾層膠片出現(xiàn)微裂紋時(shí)實(shí)現(xiàn)快速自愈合，其優(yōu)異的力學(xué)性能可以滿足航空玻璃中間層高抗沖性的要求，同時(shí)其優(yōu)異的粘接強(qiáng)度(可達(dá)到9.4mpa)可以滿足航空玻璃對夾層之間高粘接強(qiáng)度的要求，本發(fā)明的聚氨酯材料可以用于制備高性能的航空玻璃用聚合物膠片。

23、(2)本發(fā)明的材料在制備過程中，通過引入可逆氫鍵網(wǎng)絡(luò)，航空玻璃的自愈合速度大大提高，可逆氫鍵具有較高的自愈合能力，能夠在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)航空玻璃的完整性，并保持原有的力學(xué)性能。

24、(3)本發(fā)明引入超支化結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)部鏈段較為擁擠，空間位阻效應(yīng)大，分子遷移率低；外部結(jié)構(gòu)含有較為豐富的分支單元及端基，運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，可促使航空玻璃的自愈合效果得到進(jìn)一步改善。超支化結(jié)構(gòu)具有較高的交聯(lián)密度和分子間交聯(lián)能力，能夠增強(qiáng)航空玻璃的自愈合性能，并提高其力學(xué)性能和耐久性。最后，本發(fā)明的航空玻璃材料在自愈合過程中不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，對航空器內(nèi)部環(huán)境和乘客健康無害，具有很好的環(huán)境友好性。

25、(4)本發(fā)明提出了一種基于可逆氫鍵網(wǎng)絡(luò)和超支化結(jié)構(gòu)相結(jié)合的高力學(xué)性能高自愈合性能聚氨酯材料，通過應(yīng)用于航空玻璃，能夠大大提高航空玻璃的自愈合能力，增強(qiáng)其抗破損性能，保障航空器內(nèi)部的安全和乘客的健康。本發(fā)明材料制備方法工藝簡單、操作簡易、設(shè)備要求低、成本低，適合大規(guī)?；苽洌瑧?yīng)用前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.一種基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述hmdi、bdo、dmf的質(zhì)量比為19.68g：3.38g：30g；步驟(2)中所述deta和dmf的質(zhì)量比為1.29g：40g；所述dea的質(zhì)量為4.5g。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述油浴攪拌反應(yīng)的條件為80℃攪拌反應(yīng)2h；步驟(2)中所述預(yù)聚體冷卻至室溫，所述低溫狀態(tài)為0-1℃，所述deta溶液滴加時(shí)間為3h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述封端反應(yīng)期間每隔半小時(shí)測試體系中-nco基團(tuán)含量，測得含量為0時(shí)反應(yīng)結(jié)束，得到超支化聚氨酯hpu。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述ipdi、ptmeg和dmf的質(zhì)量比為44.46g：50g：30g；所述1,4-丁二醇(bdo)與dmf的質(zhì)量比為：11.27g:10g；所述聚丙二醇(ppg-600)和dmf的質(zhì)量比為18g：20g；所述催化劑用量為0.1-0.15ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述油浴反應(yīng)為80℃反應(yīng)2h，所述冷卻至溫度為60℃；所述擴(kuò)鏈反應(yīng)為80℃反應(yīng)1h；所述加入催化劑后繼續(xù)加熱反應(yīng)為80℃反應(yīng)2h；所述封端反應(yīng)為85℃攪拌反應(yīng)2h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述含線性pu的dmf溶液與含hpu的dmf溶液的質(zhì)量比為：40g：1.36-10.88g；優(yōu)選的，所述含線性pu的dmf溶液與含hpu的dmf溶液的質(zhì)量比為40g：1.36g。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述加熱攪的時(shí)間為2h，溫度為80℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述方法制備得到的基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料，其特征在于，所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料具有超支化結(jié)構(gòu)，且具有高力學(xué)性能和自愈合能力。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述方法制備得到的基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料或權(quán)利要求9所述基于超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括在制備航空玻璃用聚合物膠片、汽車涂層、柔性可穿戴電子設(shè)備、智能傳感中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種超支化結(jié)構(gòu)的航空玻璃用聚氨酯材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于聚氨酯材料技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明通過引入二環(huán)己基甲烷?4,4'?二異氰酸酯、二乙烯三胺、1,4?丁二醇和線性PU鏈段等，在PU分子鏈中構(gòu)筑了多重復(fù)雜分子鏈結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)使其內(nèi)部鏈段具有較低的分子遷移率，外部分支單元及端基具有較高的鏈段運(yùn)動(dòng)能力；線性PU鏈段優(yōu)異的分子鏈柔順性可避免聚合物加工過程中發(fā)生脆斷，同時(shí)PU鏈段上氨基甲酸酯基團(tuán)有助于進(jìn)行氫鍵網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。本發(fā)明所得到的材料具有高效的自愈合能力和優(yōu)異的力學(xué)性能，可用于生產(chǎn)航空風(fēng)擋玻璃中的PU夾層材料，提高航空玻璃整體的韌性。本發(fā)明所述材料的制備方法工藝簡單、成本低，適合大規(guī)?；苽?，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：聶儀晶,溫建龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15