本发明涉及聚氨酯材料领域，具体涉及一种基于有序微结构机械增强的原位反应性聚氨酯材料的制备方法。
背景技术：
1、无溶剂聚氨酯(sfpu)是一类重要的高分子材料,不仅具有绿色环保，成本低等特性，而且还广泛应用于涂料、粘合剂、弹性体等领域。然而，由于无溶剂聚氨酯的成膜速度较快，聚合物分子在固化过程中没有足够的时间进行有序排列和自组装，导致聚合物链的无序堆积，形成无规的微相分离的结构。这种无序结构会影响材料的力学性能、热稳定性和耐候性。
2、近年来，提高聚氨酯形成有序微相分离结构的方法包括添加剂调控(如溶剂、无机粒子等)、控制结晶条件(如温度、冷却速率等)、以及采用多组分共聚物与聚氨酯体系进行共混合成等。这些方法可以影响聚氨酯链的排列和相互作用，从而实现有序的微相分离结构形成。然而，这些方法存在着局限性，如溶液共混法缺乏结构控制、控制结晶过程复杂且困难以及存在溶剂的挥发等问题、聚氨酯与其他共聚物共混合成需要高反应条件和限制选择性，如高温，高压等。
3、基于上述问题，手性分子诱导无溶剂聚氨酯有序结构的研究具有重要的意义。通过有序结构的形成，可以直接改善聚氨酯的力学性能，在航空航天、汽车制造等领域具有广阔的应用前景。另外，该研究不需要添加溶剂，符合绿色环保的原则，对环境友好。
技术实现思路
1、本发明旨在解决以上技术问题至少其中之一，提出了一种基于有序微结构机械增强的原位反应性聚氨酯材料的制备方法，改善了无溶剂聚氨酯薄膜成膜速度过快导致的相结构分布不均匀进而影响机械性能差等问题。通过在手性分子存在的情况下不仅诱导出一系列有序的微相分离结构，而且提高聚氨酯的物理机械性能，并且制备方法工艺操作简单、产率高、无有毒溶剂的挥发，对环境友好。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
3、1)将手性分子在氮气氛围下充分溶解在多元醇中；
4、2)b组分的制备：然后加入异氰酸酯和多元醇在氮气氛围下机械加热搅拌均匀一定的时间，制备出异氰酸酯封端的预聚体；
5、3)无溶剂聚氨酯的制备：其次向预聚体中加入a组分:多元醇、小分子扩链剂和催化剂在氮气氛围下搅拌适量的时间，迅速刮涂在离型纸上，在真空加热环境下熟化适当的时间后，便可得到一种基于有序微结构机械增强的原位反应性聚氨酯材料。
6、手性分子诱导的无溶剂聚氨酯有序微相分离不仅可以改善材料的力学性能，还可以拓展其应用领域。有序微相分离可以显著提高无溶剂聚氨酯的强度、刚度和耐磨性等机械性能，使其更适用于高负荷和高强度要求的工程应用。此外，手性分子还可以调节无溶剂聚氨酯的形貌结构，如纳米尺度的有序排列，从而实现对电、光、磁等性能的调控。因此，手性分子在无溶剂聚氨酯中的应用具有广阔的前景，并为材料科学和工程技术领域提供了新的发展方向。
7、优选地，步骤1)中:所述的手性分子(例如异山梨醇(is)、s-氨基二醇(s-isoserinol)、r-氨基二醇(r-isoserinol))，所述的多元醇(例如羟基化大豆油(sbo-oh)、蓖麻油(co)、聚二甲基硅氧烷(pdms))中的一种或多种。但不局限于此。
8、优选地，步骤1)中:多元醇与手性分子的质量比应控制在95～30:5～70之间。这是由于手性分子一般情况下为固体颗粒难溶于无溶剂体系中，就此将其先在粘度较小的多元醇进行混合溶解，则不足以影响在聚合物中的有序诱导，从而不会影响无溶剂聚氨酯的机械性能性能。
9、优选地，步骤2)中:所述的异氰酸酯选自异氟尔酮二异氰酸酯(ipdi)、二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(hmdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)中的一种或多种，但不局限于此。所述的多元醇选自聚四氢呋喃醚二醇(ptmeg)、蓖麻油(co)、聚碳酸酯二元醇(pcdl)中的一种或多种，但不局限于此。分子量为900～3000g/mol；
10、优选地，步骤2)中:异氰酸酯与多元醇的质量比控制在为10～2:1之间。这是在无溶剂体系中合成聚氨酯，由于不存在溶剂，随着原位聚合反应的进行体系粘度会增大，为了后续其他填料的加入需保证异氰酸酸酯充当稀释剂，进而更好的控制反应体系。
11、优选地，步骤3)中:所述多元醇选自聚四氢呋喃醚二醇(ptmeg)、聚碳酸酯二元醇(pcdl)、聚己内酯二醇(pcl)中的一种或多种，但不局限于此。分子量为1000～3000g/mol；所述的扩链剂选自乙二醇(eg)、1,4-丁二醇(1,4-bdo)、乙醇胺(eta)、1,3-丁二醇(1,3-bdo)中的一种或多种，但不局限于此。所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡(dbtdl)、三亚乙基二胺(teda)、二乙基亚锡(dbtl)、正丁基三环己基亚锡(toto)、苯甲酸(benzoic acid)、磷酸(phosphoric acid)、二乙基亚铅(dbld)、三(1,10-萘基)硫代乙酸铱(iridium tris(dibenzoylmethane)iridium，ir(dpm)3)中的一种或多种，但不局限于此。
12、优选地，步骤3)中:所属的扩链剂的用量占总反应体系重量的2-10％；所述的催化剂的用量占总反应体系重量的0.05-2.00％；所述的a组分和b组分的混合时间为5～30min，混合时间过短，使其不能混合充分，导致聚氨酯材料性能不均衡；混合时间过长，使其无法进行后续刮涂等步骤以及可能部分发生反应；熟化温度50～120℃，低于50℃则可能导致聚合反应不能顺利进行；高于120℃可能会使催化剂失活以及氨基甲酸酯链段分解；反应时间1～12h，反应时间低于1h，聚合反应不能完全进行；反应时间高于12h，一方面会导致化学结构可能会发生改变，另一方面会导致耗能，浪费资源；所得的聚氨酯材料的异氰酸酯指数r(-nco/-oh)为0.9～1.3，是根据实验的最佳实验比进行，综合性能最优。
13、本发明目的第二方面，提供了一种基于有序微结构机械增强的原位反应性聚氨酯材料，根据以上制备方法制得。
14、本发明目的第三方面，提供了一种基于有序微结构机械增强的原位反应性聚氨酯材料在生物传感器、柔性皮肤、光电器件等材料中的应用。
15、与现有技术相比，本发明具有以下优点其中之一:
16、1)提高材料的整体性能：本发明通过手性分子的诱导作用，可以使聚氨酯体系中的分子有序排列，形成有序的结构。这种有序结构可以提高材料的力学性能，如强度、硬度和耐磨性能等。有助于形成更均匀的结构，减少缺陷和界面的存在。
17、2)工艺绿色环保：本发明采取简单高效的无溶剂聚合的方式将手性单体接在聚合主链上，手性单体可灵活设计和替换，可按所需设计超大的聚合物分子量。
18、3)提高基体与聚氨酯相容性：本发明通过手性分子在聚氨酯中的作用可以优化界面分子之间的相互作用，提高聚合物与其他材料的相容性。另外有序微相分离可以使分散相更均匀地分布在基体中，并与基体形成良好的界面结合，减少界面的应力集中和界面层的剥离，从而改善聚氨酯与其他材料的粘接强度和相互作用。