摘要
聚氨酯材料作为通用工程材料之一，具有优异的物理和化学性能。水性聚氨酯作为聚氨酯的重要组成部分，不仅具有优异的材料性能和可加工性，还可以显著降低挥发性有机物的释放，因此在其工业生产中受到了越来越多的青睐。然而在聚氨酯材料的生产和使用过程中，不可避免地会受到损伤，缩短其使用寿命，甚至造成安全事故。受生物体自愈的启发，自愈合技术引起了越来越广泛的关注，成为聚氨酯领域的前沿方向，但要获得同时具有高机械性能和高自愈率的聚氨酯材料仍是一个巨大的挑战。基于上述问题，本文从聚氨酯分子链结构设计的角度出发，将双硫键、酰腙键和氢键同时引入聚氨酯体系，制备出一系列自愈合水性聚氨酯，主要研究内容和结果如下： （1）合成了含有双硫键和酰腙键的希夫碱（PD），并将其作为扩链剂制备了一系列水性自愈合聚氨酯（WPU-PD）弹性体。在此基础上，又研究了含有不同动态键的扩链剂对聚氨酯弹性体性能的影响。研究结果表明，酰腙形成的氢键不仅可以作为物理交联点，促进聚氨酯的微相分离，提高弹性体的热稳定性、抗拉强度和韧性，还可以作为“卡扣”将各种动态键锁合在一起，协同降低了聚合物链运动的活化能，赋予链段更快的迁移率。因此，WPU-PD在室温下表现出优异的机械性能，如拉伸强度和断裂能分别为25.91MPa和121.66kJm-2，并且在中等加热条件下短时间内有93.7%的高自愈效率。此外，WPU-PD的光致发光特性使我们能够通过监测裂缝处荧光强度的变化来跟踪其自愈过程，这有助于避免裂缝的积累，提高弹性体的可靠性。这种聚氨酯在光学防伪、柔性电子器件、功能性汽车保护膜等方面具有很大的潜在应用价值。 （2）合成了主链含酮羰基的线性水性聚氨酯，然后与水溶性交联剂3,3''-二硫代二丙酸二酰肼反应，制备出后交联的水性自愈合聚氨酯（WPU-x）。研究了不同交联剂含量对WPU-x的性能（拉伸强度、韧性、粘结强度）及自愈合性能的影响。研究结果表明，酮和酰肼缩合形成共价化学交联，产生的酰腙基团也将有助于加强氢键物理交联网络，两组网络的协同作用提高了材料的综合性能。WPU-x具有出色的力学性能（WPU-4的杨氏模量为385.3±16.7MPa，屈服强度为54.0±4.7MPa，韧性为249.1±11.5MJm-3）和优异的粘结性能（WPU-2的搭接剪切强度9.1±0.4MPa，最大力为2845.2±137.2N）。另外，在120℃、2h内，WPU-x（x≤3）涂层表面的划痕可完全愈合。
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