高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 572.doi: 10.7503/cjcu20190454
盛叶明,程波,卢珣
收稿日期:
2019-08-14
出版日期:
2020-01-09
发布日期:
2019-12-31
通讯作者:
卢珣
作者简介:
卢 珣, 男, 博士, 副教授, 主要从事自修复材料方面的研究. E-mail: luxun@scut.edu.cn
基金资助:
SHENG Yeming,CHENG Bo,LU Xun
Received:
2019-08-14
Online:
2020-01-09
Published:
2019-12-31
Contact:
Xun LU
Supported by:
摘要:
在聚氨酯主链上引入可逆二硫键, 同时使用硼酸构建的硼酸酯键作为可逆交联点, 使聚氨酯内部形成交联网络结构, 制备了一种兼具高强度、 高韧性及高修复效率的自修复聚氨酯弹性体. 红外光谱、 动态力学分析、 力学测试、 电子显微镜及修复测试结果表明, 制备的自修复聚氨酯具有硬而韧的特性, 原样强度高达23.3 MPa, 断裂伸长率可达1177%, 并且修复条件温和, 剪断拼接的试样经60 ℃, 24 h修复后可恢复99%的原样强度, 且该修复过程可重复多次进行. 此外, 该材料还具有多通道修复特性, 通过热修复或水辅助热修复的方式均可实现材料的修复, 并且水辅助热修复速率更快.
中图分类号:
TrendMD:
盛叶明,程波,卢珣. 基于多重可逆作用的自修复聚氨酯弹性体的制备及性能. 高等学校化学学报, 2020, 41(3): 572.
SHENG Yeming,CHENG Bo,LU Xun. Research on Self-healing Polypolyurethane Elastomer Based on Multiple Reversible Action . Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(3): 572.
Sample | n(IPDI)/mol | n(PBA-2000)/mol | n(DTDA)/mol | n(MDA)/mol | n(BA)/mol | n(TMP)/mol |
---|---|---|---|---|---|---|
IP-DTDA-BA | 0.02 | 0.01 | 0.0048 | 0 | 0.0048 | 0 |
IP-DTDA-TMP | 0.02 | 0.01 | 0.0048 | 0 | 0 | 0.0048 |
IP-MDA-BA | 0.02 | 0.01 | 0 | 0.0048 | 0.0048 | 0 |
IP-MDA-TMP | 0.02 | 0.01 | 0 | 0.0048 | 0 | 0.0048 |
Table 1 Composition of raw materials for synthesis of polyurethane elastomers
Sample | n(IPDI)/mol | n(PBA-2000)/mol | n(DTDA)/mol | n(MDA)/mol | n(BA)/mol | n(TMP)/mol |
---|---|---|---|---|---|---|
IP-DTDA-BA | 0.02 | 0.01 | 0.0048 | 0 | 0.0048 | 0 |
IP-DTDA-TMP | 0.02 | 0.01 | 0.0048 | 0 | 0 | 0.0048 |
IP-MDA-BA | 0.02 | 0.01 | 0 | 0.0048 | 0.0048 | 0 |
IP-MDA-TMP | 0.02 | 0.01 | 0 | 0.0048 | 0 | 0.0048 |
Fig.1 FTIR spectra of prepolymerization reaction(A) and cross-linking reaction and extension reaction(B) (A) a. PBA-2000; b. IPDI; c. IP-PBA. (B) a. BA; b. IP-PBA; c. IP-DTDA-BA.
Fig.3 Optical microscopes of different crack healing states of IP-DTDA-BA at 60 ℃ (A) Original. Healing time/h: (B) 0.5; (C) 1; (D) 2; (E) 4; (F) 6; (G) 12; (H) 24.
n(DTDA/BA)/n(IP-DTDA-BA) | n(IPDI)/mol | n(PBA-2000)/mol | n(DTDA)/mol | n(BA)/mol |
---|---|---|---|---|
0/1 | 0.02 | 0.01 | 0 | 0.008 |
0.2/0.8 | 0.02 | 0.01 | 0.0024 | 0.0064 |
0.4/0.6 | 0.02 | 0.01 | 0.0048 | 0.0048 |
0.5/0.5 | 0.02 | 0.01 | 0.006 | 0.004 |
0.6/0.4 | 0.02 | 0.01 | 0.0072 | 0.0032 |
0.8/0.2 | 0.02 | 0.01 | 0.0096 | 0.0016 |
1/0 | 0.02 | 0.01 | 0.012 | 0 |
Table 2 Composition of raw materials for synthesis of IP-DTDA-BA with different chain expansion ratio of DTDA/BA
n(DTDA/BA)/n(IP-DTDA-BA) | n(IPDI)/mol | n(PBA-2000)/mol | n(DTDA)/mol | n(BA)/mol |
---|---|---|---|---|
0/1 | 0.02 | 0.01 | 0 | 0.008 |
0.2/0.8 | 0.02 | 0.01 | 0.0024 | 0.0064 |
0.4/0.6 | 0.02 | 0.01 | 0.0048 | 0.0048 |
0.5/0.5 | 0.02 | 0.01 | 0.006 | 0.004 |
0.6/0.4 | 0.02 | 0.01 | 0.0072 | 0.0032 |
0.8/0.2 | 0.02 | 0.01 | 0.0096 | 0.0016 |
1/0 | 0.02 | 0.01 | 0.012 | 0 |
n(DTDA)/n(BA) | Original | Healed | ||
---|---|---|---|---|
Stress/MPa | Strain(%) | Stress/MPa | Strain(%) | |
0/1 | 15.8±0.6 | 1208±62 | 10.9±0.4 | 929±40 |
0.2/0.8 | 25.6±0.8 | 1354±64 | 21.3±0.6 | 1103±46 |
0.4/0.6 | 23.3±0.6 | 1177±56 | 23.2±0.6 | 950±42 |
0.5/0.5 | 17.9±0.5 | 774±36 | 17.2±0.5 | 684±36 |
0.6/0.4 | 11.4±0.3 | 819±36 | 11.3±0.3 | 766±32 |
0.8/0.2 | 10.9±0.3 | 548±22 | 10.9±0.3 | 502±20 |
1/0 | 12.6±0.3 | 786±37 | 12.5±0.3 | 782±36 |
Table 3 Summary of IP-DTDA-BA with different chain expansion ratios of DTDA/BA
n(DTDA)/n(BA) | Original | Healed | ||
---|---|---|---|---|
Stress/MPa | Strain(%) | Stress/MPa | Strain(%) | |
0/1 | 15.8±0.6 | 1208±62 | 10.9±0.4 | 929±40 |
0.2/0.8 | 25.6±0.8 | 1354±64 | 21.3±0.6 | 1103±46 |
0.4/0.6 | 23.3±0.6 | 1177±56 | 23.2±0.6 | 950±42 |
0.5/0.5 | 17.9±0.5 | 774±36 | 17.2±0.5 | 684±36 |
0.6/0.4 | 11.4±0.3 | 819±36 | 11.3±0.3 | 766±32 |
0.8/0.2 | 10.9±0.3 | 548±22 | 10.9±0.3 | 502±20 |
1/0 | 12.6±0.3 | 786±37 | 12.5±0.3 | 782±36 |
Healing condition | Stress/MPa | Healing efficiency(%) | Strain(%) | Strain healing efficiency(%) | Healing time/h |
---|---|---|---|---|---|
60 ℃ | 23.2±0.6 | 99 | 950±42 | 81 | 24 |
60 ℃, wetting | 23.2±0.5 | 99 | 1206±48 | 100 | 12 |
Table 4 Healing efficiency of IP-DTDA-BA in different healing conditions
Healing condition | Stress/MPa | Healing efficiency(%) | Strain(%) | Strain healing efficiency(%) | Healing time/h |
---|---|---|---|---|---|
60 ℃ | 23.2±0.6 | 99 | 950±42 | 81 | 24 |
60 ℃, wetting | 23.2±0.5 | 99 | 1206±48 | 100 | 12 |
Fig.8 Activation energy characterization of polyurethane elastomer with different kinds of chain extender (A) DMA spectrogram; (B) E' and E″ values for IP-DTDA-BA at 60 ℃; (C) lnf-103 T-1 curve; (D) histogram ofmain transition activation energy(Ea).
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