【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于聚氨酯彈性體，特別涉及一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體及其制備方法和應用。
技術介紹
1、聚氨酯是由柔性鏈段與剛性鏈段交替連接組成的嵌段聚合物，具有高度可調節的微相分離結構。由于其良好的耐磨性、高彈性、加工性和生物相容性等特點，在汽車、軍工、生物醫藥等領域被廣泛應用。
2、然而，由于聚氨酯彈性體的應用環境復雜，在使用過程中會不可避免地承受外力沖擊、靜態載荷和摩擦等多種作用，極易使彈性體產生微裂紋等損傷，對其可靠性和使用壽命造成嚴重影響。隨著人們對材料耐用性要求的增長，可自修復的聚氨酯受到了廣泛關注。通常，自修復效果依賴于動態相互作用，包括動態共價鍵(如二硫鍵、硼酸酯鍵、肟氨酯鍵等)和動態非共價鍵(如氫鍵、金屬配位鍵、主客體相互作用等)。通過引入動態可逆鍵到聚氨酯網絡中，當材料受損時，這些動態鍵可以自發地解離和重組，從而修復機械或化學損傷。
3、此外，大部分聚氨酯彈性體的制備均以不可再生的石油基原料為主，大量石化資源的使用造成了嚴重的資源消耗和環境問題。因此，聚氨酯彈性體的開發也迫切需要進入高效、綠色、安全、多功能的新時期。木質素是自然界中儲量最豐富也是唯一的天然芳香族聚合物，由于其具有高剛性、可再生、羥基含量高的特點，有望取代部分石油基原料用于合成生物基聚氨酯彈性體。此外，木質素還具有優異的抗菌性、抗紫外性和光熱轉換能力，有利于開發木質素復合彈性體的多功能應用。盡管木質素的應用潛力巨大并且在近幾年被廣泛研究，但木質素在聚合物中分散性差，易團聚，導致其與聚氨酯基質的相容性往往較
4、專利cn113754851a公布了一種含二硫鍵的可自修復的木質素基聚氨酯彈性體的制備方法。雖然制備的彈性體在60℃下自修復效率可以達到90％以上，但其拉伸強度最高不超過20mpa，力學性能較差，難以滿足實際應用需求。
5、專利cn116903820a公布了一種通過羥基化改性提升木質素羥基含量，并利用改性木質素與d-a擴鏈劑制備可自修復的木質素基聚氨酯的方法。雖然改性后提升了木質素與基質的反應活性和相容性，制備的彈性體擁有29mpa的拉伸強度和100％的自修復效率。但是其自修復溫度高達130℃，在日常應用中是難以實現的。
6、專利cn115677972a公布了一種通過在木質素與基質間構建動態的酚羥基氨酯鍵和金屬配位鍵制備自修復木質素基聚氨酯的制備方法。雖然基于木質素的雙交聯網絡使得彈性體具有超過30mpa的拉伸強度，并且在紅外光下照射10分鐘即可實現95％以上的自修復率。但紅外光照射下的實際修復溫度超過了100℃。
7、專利cn113817130a公布了一種利用低沸點低毒性溶劑提取木質素，并通過無溶劑法制備木質素基聚氨酯的制備方法。雖然工藝較為環保，制備的聚氨酯拉伸強度超過40mpa，但并未探究其自修復能力。
8、綜上所述，目前報道的木質素基聚氨酯還存在著如下問題：一是由于木質素容易自聚集，在基質中分散性較差，所制備的木質素基聚氨酯相容性低，力學性能差。二是使用木質素制備的聚氨酯通常是交聯結構，導致其無法實現自主修復或自修復溫度過高(通常超過100℃)，甚至難以回收再利用。
技術實現思路
1、為了克服現有技術中存在的缺點與不足，本專利技術的首要目的在于提供一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法。
2、本專利技術的另一目的在于提供一種上述制備方法制備得到的木質素/聚氨酯復合彈性體。
3、本專利技術的又一目的在于提供一種上述木質素/聚氨酯復合彈性體的應用。
4、本專利技術的目的通過下述技術方案實現：
5、一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，包括以下操作步驟：
6、(1)將長鏈二元醇在90-120℃下真空脫水0.5-4h，然后冷卻至60-90℃，溶于有機溶劑中，加入催化劑和異氰酸酯，攪拌反應1-4h，得到聚氨酯預聚體，再將反應溫度降至25-60℃，加入酰肼擴鏈劑和二肟擴鏈劑，繼續反應2-8h，得到聚氨酯溶液。
7、(2)將木質素和金屬離子溶于有機溶劑中，加入步驟(1)所得的聚氨酯溶液中，在室溫下300-1000rpm下攪拌0.5-3h，再倒入模具中在60-120℃下干燥除去溶劑，得到高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體。
8、步驟(1)所述的長鏈二元醇的相對分子質量為1000-4000，具體為聚乙二醇、聚丁烯二醇、聚己內酯二醇、聚四氫呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇中的一種或多種；
9、所述有機溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的一種或兩種；
10、所述催化劑為二月桂酸二丁基錫；
11、所述異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、四甲基苯二甲基二異氰酸酯中的一種或多種；
12、所述酰肼擴鏈劑為碳酰肼、乙二酸二酰肼、丁二酸二酰肼、己二酸二酰肼、間苯二甲酸二酰肼中的一種或多種；
13、所述二肟擴鏈劑為丁二酮肟、對苯醌二肟、2,4-戊烷二酮二肟、1,2-環己二酮二肟中的一種或多種。
14、步驟(2)所述木質素為堿木質素、酶解木質素、有機溶劑木質素中的一種或多種；
15、所述金屬離子為銅離子、鐵離子、鋅離子中的一種或多種，具體是由以下一種或多種金屬鹽提供的金屬離子：氯化銅、氧化銅、氯化鐵、氯化鋅、氧化鋅、醋酸鋅和甲基丙烯酸鋅。
16、步驟(1)所述的長鏈二元醇、異氰酸酯、酰肼擴鏈劑、二肟擴鏈劑的摩爾比為1：2-4：0.1-2：0.1-2；所述催化劑的用量為長鏈二元醇、異氰酸酯、酰肼擴鏈劑和二肟擴鏈劑總質量的0.1％。
17、步驟(2)所述木質素的相對分子質量在1800-2100之間，多分散性指數在1-1.2之間，羥基含量為4-5mmol/g；所述木質素的用量為步驟(1)所述長鏈二元醇質量的1-20％。
18、步驟(2)所述金屬離子與步驟(1)所述二肟擴鏈劑的摩爾比為1：1-3。
19、一種由上述的制備方法制備得到的木質素/聚氨酯復合彈性體，所述木質素/聚氨酯復合彈性體的拉伸強度均高于20mpa，甚至可以達到40mpa以上，自修復溫度均為室溫(≈35℃)，自修復效率均高于80％，甚至可以超過90％。
20、上述的木質素/聚氨酯復合彈性體在柔性驅動、光熱發電領域中的應用。
21、本專利技術的原理是：
22、本專利技術采用不規則的異氰酸酯與酰肼類和肟類擴鏈劑反應構成聚氨酯硬段，酰肼擴鏈劑提供了豐富的氫鍵相互作用，肟類擴鏈劑可以進行動態可逆反應并為金屬配位鍵提供豐富的n原子配體，不規則的異氰酸酯則可以避免硬段過度聚集，保證其動態性能。引入木質素作為綠色環保的增韌劑提升聚氨酯力學性能。關鍵的是，引入zn2+在木質素與肟氨酯間構建豐富的金屬配位鍵，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟：
2.根據權利要求1所述的一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述的長鏈二元醇的相對分子質量為1000-4000，具體為聚乙二醇、聚丁烯二醇、聚己內酯二醇、聚四氫呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇中的一種或多種；
3.根據權利要求1所述的一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于：步驟(2)所述木質素為堿木質素、酶解木質素、有機溶劑木質素中的一種或多種；
4.根據權利要求1所述的一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述的長鏈二元醇、異氰酸酯、酰肼擴鏈劑、二肟擴鏈劑的摩爾比為1：2-4：0.1-2：0.1-2；所述催化劑的用量為長鏈二元醇、異氰酸酯、酰肼擴鏈劑和二肟擴鏈劑總質量的0.1％。
5.根據權利要求1所述的一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于：步驟(2)所述木質素的相對分子質量在1800-210
6.根據權利要求1所述的一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于：步驟(2)所述金屬離子與步驟(1)所述二肟擴鏈劑的摩爾比為1：1-3。
7.一種由權利要求1-6任一項所述的制備方法制備得到的木質素/聚氨酯復合彈性體，其特征在于：所述木質素/聚氨酯復合彈性體的拉伸強度均高于20MPa，自修復溫度均為室溫，自修復效率均高于80％。
8.根據權利要求7所述的木質素/聚氨酯復合彈性體，其特征在于：所述木質素/聚氨酯復合彈性體的拉伸強度達到40MPa以上，自修復效率達到90％以上。
9.根據權利要求7所述的木質素/聚氨酯復合彈性體在柔性驅動、光熱發電領域中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟：
2.根據權利要求1所述的一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述的長鏈二元醇的相對分子質量為1000-4000，具體為聚乙二醇、聚丁烯二醇、聚己內酯二醇、聚四氫呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇中的一種或多種；
3.根據權利要求1所述的一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于：步驟(2)所述木質素為堿木質素、酶解木質素、有機溶劑木質素中的一種或多種；
4.根據權利要求1所述的一種高強度、室溫自修復的木質素/聚氨酯復合彈性體的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述的長鏈二元醇、異氰酸酯、酰肼擴鏈劑、二肟擴鏈劑的摩爾比為1：2-4：0.1-2：0.1-2；所述催化劑的用量為長鏈二元醇、異氰酸酯、酰肼擴鏈劑和二肟擴鏈劑總質量的0.1％。
5.根據權利要求1所述的一種高強度、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：易國斌，黃志逸，尹興善，孫影娟，林霄峰，林文靜，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：
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