一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用

本发明涉及高分子聚合物材料，具体而言，涉及一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高分子材料被越来越多的应用于核能领域及太空飞行器制造中，这些环境中大量的高能射线(如伽马、x、中子射线等)会加速高分子材料的老化。高能电离辐射作用下，高分子化学键将发生断键，并伴随自由基的产生，产生的自由基又将进一步破坏材料，这将加速材料的老化，严重降低材料的可靠性与使用寿命。材料主链中含大量芳环结构的聚合物材料通常具有较好的耐电离辐射性，如聚苯乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺等，但这些材料普遍柔性较差，无法满足对柔性要求高的应用场景。聚氨酯弹性体由于具有优良的综合性能，被广泛应用于核能、空间领域和辐射医疗等领域，但长期暴露于辐射环境时其会明显降解，性能显著恶化，因此提高聚氨酯弹性体的耐电离辐射性具有重要的意义。

2、现有技术中，通过共混方法在材料中加入辐射稳定剂是最常用和被研究最多的改性手段，这种方法可以一定程度提高材料耐电离辐射性，但需要二次加工，并且共混物不良的分散性也会明显影响材料力学性能。提升聚合物的本征耐电离辐射性可以避免共混改性的缺点，目前本征耐辐射高分子的制备主要是在链结构中引入芳环结构。芳香结构具有良好的辐射稳定性，并且具有大的共轭体积与大量π电子，使得其在接受辐射能后会通过π电子的运动将部分辐射能量转化为光能、热能等耗散掉，避免对材料的破坏。然而，在高分子链中引入大量刚性结构，如苯、苊、蒽等，将显著增强分子链的刚性，并不适合柔性材料的耐电离辐射改性。因此，要提高聚氨酯弹性体的耐电离辐射性的同时还具备良好的柔性，就需要更合理的设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，该方法在兼顾聚氨酯柔性同时能显著提高其耐辐射性，使材料在高剂量伽马射线辐射下表现出了3倍于传统商用聚氨酯的耐电离辐射性。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：

3、一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.将端异氰酸酯聚氨酯预聚物溶于有机溶剂中，得到溶液a；将二苯甲酮二胺或二醇作为扩链剂溶于有机溶剂中，得到溶液b；

5、s2.将步骤s1得到的溶液a和溶液b混合，在一定温度下搅拌反应一段时间后，去除反应溶液体系中的气泡；

6、s3.将经步骤s2脱出气泡后的反应溶液倒入成型模具后，在一定条件下去除溶剂完成固化，即得聚氨酯弹性体。

7、一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体，由上述制备方法制得。

8、一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体或由上述制备方法制得的聚氨酯弹性体在涂层、灌封材料或者粘接剂上的应用。

9、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

10、1、本发明将二苯甲酮结构引入聚氨酯硬段链中，同时使整个硬段链形成连续π电子通道，实现了聚氨酯弹性体兼顾耐辐射性与柔性的特性，所得聚氨酯材料不仅具有良好的柔性，并且在高剂量伽马射线辐射下表现出了至少3倍于传统商用聚氨酯的耐电离辐射性。

11、2、本发明耐电离辐射的柔性聚氨酯耐辐射性优良、柔性好、使用范围广，可用于各类电离辐射环境中作为弹性体、涂层材料、灌封材料或粘接剂等，尤其是应用于对材料柔性与耐辐射性都有较高要求的场景，其具有柔性佳、可靠性高等优势，应用前景优良。

技术特征：

1.一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，s1中，端异氰酸酯聚氨酯预聚物与有机溶剂的质量比为1:1-3。

3.根据权利要求1所述的耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，s1中，所述扩链剂为由羟基或氨基直接连接于二苯甲酮的分子，使所制得的聚氨酯材料硬段链中含二苯甲酮结构，同时形成连续的π电子通路。

4.根据权利要求3所述的耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，s1中，所述扩链剂的加入量按端异氰酸酯聚氨酯预聚物中异氰酸酯与扩链剂中胺基或羟基摩尔比例1:1-2加入。

5.根据权利要求1所述的耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，s1中，所述有机溶剂为丙酮、丁酮、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，s1中，所述端异氰酸酯聚氨酯预聚物的制备方法为：将多元醇在一定条件下搅拌除水一段时间后降温，然后加入二异氰酸酯，搅拌反应一段时间得到端异氰酸酯的聚氨酯预聚体。

7.根据权利要求6所述的耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述多元醇与二异氰酸酯的质量比为10-55:1-10。

8.根据权利要求1所述的耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，s2中，在20-80℃下搅拌反应0.5-4h后；s3中，固化时在30-100℃下干燥12-48h去除溶剂完成固化。

9.一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体，其特征在于，由权利要求1-8任一项制备方法制得。

10.一种根据权利要求9所述的耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体或由权利要求1-8任一项制备方法制得的聚氨酯弹性体在涂层、灌封材料或者粘接剂上的应用。

技术总结
本发明提供了一种耐电离辐射的柔性聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：S1.将端异氰酸酯聚氨酯预聚物溶于有机溶剂中，得到溶液A；将二苯甲酮二胺或二醇作为扩链剂溶于有机溶剂中，得到溶液B；S2.将步骤S1得到的溶液A和溶液B混合，在一定温度下搅拌反应一段时间后，去除反应溶液体系中的气泡；S3.将经步骤S2脱出气泡后的反应溶液倒入成型模具后，在一定条件下去除溶剂完成固化，即得聚氨酯弹性体，其在高剂量伽马射线辐射下表现出了3倍于传统商用聚氨酯的耐电离辐射性，并且具有良好的柔性，克服了传统聚合物耐电离辐射改性的会损害材料柔性的缺点。

技术研发人员：张先龙,汪家鼎,郭少云
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6