一种自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料及其制备方法

本发明涉及红外屏蔽材料，尤其涉及自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料及其制备方法。

背景技术：

1、红外屏蔽技术是通过降低红外发射物体表面温度或者屏蔽红外信号，尽可能使物体与周围环境的红外信号相似，从而达到隔热或红外隐身的效果。聚氨酯由于其优良的加工性、柔韧性、光稳定性、耐化学性等，被广泛用作基体材料，尤其随着环保意识的加强，水性聚氨酯材料倍受青睐。但是红外屏蔽材料在实际应用过程中会遭受各种极端环境或者摩擦刮伤，可能造成红外屏蔽性能恶化或者材料使用寿命降低。

2、为了解决这些问题，通过将自修复的功能引入红外屏蔽材料，制备长寿命高效红外屏蔽材料是最为有效的途径之一。纳米金属氧化物对太阳光谱具有理想的选择性，在可见区透过率高，对红外线具有很好的屏蔽作用，常被作为红外屏蔽填料，其中纳米氧化镓锡在波长小于1000纳米的近红外屏蔽性能优异。目前红外屏蔽材料以自修复水性聚氨酯为基材，纳米氧化镓锡作为填料的制备方法还未有报道。

技术实现思路

1、为了克服现有技术不足，本发明的目的是提供一种可避免受损老化开裂且可自修复的红外屏蔽材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)按以下物质的量的份数称取原料：

5、

6、3)在氮气气氛下，将经过预处理的软段单体和2,2-双(羟基甲基)丙酸溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，在40-60℃下混合均匀，再加入催化剂二月桂酸二丁基锡；然后缓慢添加硬段单体，并升温到75-85℃，在氮气气氛中搅拌反应2.5-4小时得到聚氨酯预聚物；

7、3)将糠醇滴入步骤2)得到的所述聚氨酯预聚物中，在75-85℃下反应2-3小时，然后冷却至60℃以下，加入4，4-二苯甲烷双马来酰亚胺与糠醇进行反应，反应结束再加入三乙胺进行中和反应液；中和完毕，将反应液冷却至6℃以下，并添加硅烷偶联剂保温反应0.5-1小时，加入去离子水高速搅拌分散均匀，得到自修复水性聚氨酯乳液；

8、4)将纳米氧化镓锡加入去离子水中，在常温下超声分散得到纳米氧化镓锡水性分散液；然后在常温且高速搅拌下，往步骤3)得到的自修复水性聚氨酯乳液中滴加纳米氧化锑锡水性分散液，从而得到自修复水性聚氨酯/氧化镓锡复合分散液；

9、5)将步骤4)得到的所述自修复水性聚氨酯/氧化镓锡复合分散液倒入聚四氟乙烯模具中，常温下固化得到所述自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料，所述纳米氧化镓锡在水性聚氨酯红外屏蔽材料中的含量为1-10wt％。

10、本发明采用上述制备方法，操作简单，反应条件温和，生产效率高，适合大规模的生产。

11、进一步，所述硬段单体为下列中的一种：六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。异氰酸酯作为硬段影响聚氨酯的强度和刚度，芳香族异氰酸酯由于含有刚性芳环，其制备的聚氨酯硬段内聚力强于脂肪族异氰酸酯型聚氨酯，拉伸强度也更高，但抗紫外线降解性能较差，且易泛黄，六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯制备的聚氨酯为脂肪族，不易发黄，进而使得制备的红外屏蔽薄膜不易变色。

12、同时，利用进一步，所述软段单体为下列中的一种：分子量为2000的聚四氢呋喃、分子量为2000的聚乙二醇或分子量为2000的聚丙二醇。聚四氢呋喃、聚乙二醇、聚丙二醇为聚醚多元醇，可以与异氰酸酯聚合生成聚氨酯，且合成的聚氨酯强度随聚醚多元醇分子量的增加而降低，但柔顺性和伸长率上升。若选择分子量过高的聚醚多元醇，则制备的红外屏蔽薄膜强度提高，但柔性降低，自修复效果降低。若分子量过低的聚醚多元醇，则制备的红外屏蔽薄膜强度降低，但柔性提高，自修复效果提高。为了兼顾制备的红外屏蔽薄膜的强度及柔性，且分子链的柔性有利于提高红外屏蔽薄膜的自修复效果，因此，本发明优选分子量为2000的聚醚多元醇。

13、进一步，所述硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷。氨丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷其中的-nh2基团可以与聚氨酯预聚体中的-nco基团反应，提高聚氨酯的拉伸强度和耐水性等性能。

14、进一步，所述2,2-双(羟基甲基)丙酸作为其中的-oh基团与硬段单体中的-nco基团反应，可以将亲水基团羧基引入到聚氨酯主链上，再经过步骤3)所述三乙胺中和2,2-双(羟基甲基)丙酸上的羧基形成盐基，使所述聚氨酯预聚物能良好的分散在去离子水中，制备稳定的水性分散液。

15、进一步，所述糠醇中的-oh与异氰酸酯中的-nco反应，对异氰酸酯进行封端。

16、进一步，所述4，4-二苯甲烷双马来酰亚胺中的酰亚胺环与糠醇上的呋喃环进行diels-alder反应，将具有热可逆性的diels-alder键引入到聚氨酯中，使聚氨酯具有热驱动的自修复性能。

17、进一步，所述步骤2)中软段单体和2,2-双(羟基甲基)丙酸的预处理均为：将软段单体或2,2-双(羟基甲基)丙酸在100℃下减压抽真空干燥2小时充分除去其中水分。

18、进一步，所述步骤2)中搅拌速度为200r/min。

19、进一步，所述步骤3)中搅拌速度为1000r/min。

20、进一步，所述步骤4)中搅拌速度为200r/min。

21、进一步，所述步骤4)中纳米氧化镓锡水性分散液的固含量为30％。

22、本发明还公开一种自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料，其包括纳米氧化镓锡和聚氨酯基体，所述纳米氧化镓锡分散于聚氨酯基体中作为红外屏蔽填料，所述纳米氧化镓锡在水性聚氨酯红外屏蔽材料中的含量为1-10wt％,其余为聚氨酯基体。

23、本发明的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料由上述的制备方法制备得到。

24、本发明的水性聚氨酯红外屏蔽材料拉伸强度在6.68mpa以上，经自修复实验后拉伸强度保持在5.23mpa以上。因此，本发明的水性聚氨酯红外屏蔽材料保留了聚氨酯材料的力学性能，能够克服聚氨酯材料在使用过程中由于开裂刮伤带来的损失，延长材料的使用寿命。同时，纳米氧化镓锡的含量为1-10wt％时，红外光的透过率在4％以下，红外光屏蔽效果好。

25、本发明的有益效果为：1.本发明提供的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料，填料用量少，红外屏蔽性能、自修复性能好，同时不影响聚氨酯力学性能和加工性能；2.本发明的制备方法工艺简单，反应条件温和，生产效率高，适合大规模的生产。

技术特征：

1.一种自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述硬段单体为下列中的一种：六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。

3.根据权利要求1所述的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述软段单体为下列中的一种：分子量为2000的聚四氢呋喃、分子量为2000的聚乙二醇或分子量为2000的聚丙二醇。

4.根据权利要求1所述的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中软段单体和2,2-双(羟基甲基)丙酸的预处理均为：将软段单体或2,2-双(羟基甲基)丙酸在100℃下减压抽真空干燥2小时充分除去其中水分。

6.根据权利要求1所述的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中搅拌速度为200r/min，所述步骤3)中的高速搅拌的速度为1000r/min。

7.根据权利要求1所述的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中搅拌速度为200r/min。

8.根据权利要求1所述的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中纳米氧化镓锡水性分散液的固含量为30％。

9.一种自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料，其特征在于:其包括纳米氧化镓锡和聚氨酯基体，所述纳米氧化镓锡分散于聚氨酯基体中作为红外屏蔽填料，所述纳米氧化镓锡在水性聚氨酯红外屏蔽材料中的含量为1-10wt％。

10.根据权利要求9所述的自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料，其特征在于：其由权利要求1-8之一所述的制备方法得到。

技术总结
本发明公开一种具备自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料的制备方法，其包括以下步骤：1)称取原料纳米氧化镓锡、六亚甲基二异氰酸酯、聚醚多元醇等原料；2)制备具有自修复功能的水性聚氨酯乳液；3)将纳米氧化镓锡分散于聚氨酯乳液后固化得到所述具备自修复的水性聚氨酯红外屏蔽材料。本发明制备的自修复水性聚氨酯红外屏蔽材料，自修复性能、红外屏蔽性能好，反应条件温和，工艺简单，绿色环保，适合大规模生产。

技术研发人员：赵辉,欧阳心怡,刘杨,黄崇杏,段青山,黄丽婕,鲁鹏,吴敏,梁东武
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15