本发明涉及聚氨酯材料，尤其涉及一种室温自修复水性聚氨酯薄膜及其制备方法和应用。
背景技术：
1、聚氨酯由于其优秀的机械性能和良好的耐候性等优点目前被广泛应用于各种皮革、涂层中。但是聚氨酯的合成过程中很难避免释放出可挥发性有机气体，为了解决这个问题，使用水作为分散剂且合成过程更加符合可持续发展的水性聚氨酯备受关注，但是水性聚氨酯的使用过程中存在容易受损的缺陷，目前已有研究通过引入动态化学键赋予水性聚氨酯自修复能力，但是现有技术很难做到良好的自修复能力与机械性能的平衡：引入的动态化学键过强会很大程度地阻碍水性聚氨酯链段的迁移，从而导致自修复能力的大幅降低，而动态键键能低则无法给水性聚氨酯提供足够的刚性。通过简单的方法实现水性聚氨酯中动态化学键的调节是很有必要的。而对于自修复水性聚氨酯来说，引入额外的热量来刺激水性聚氨酯自修复会极大地增加材料使用的繁复性，同时水性聚氨酯材料容易出现遇水失效的问题。提供一种在室温下实现快速自修复，兼具优秀机械性能和良好耐水性的水性聚氨酯对于简化修复步骤、增强材料耐用性具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种室温自修复水性聚氨酯薄膜及其制备方法和应用，用于解决现有技术中水性聚氨酯材料良好的自修复性能、机械性能和耐水性不能平衡的技术问题。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
3、本发明提供了一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
4、1)将聚醚多元醇和扩链剂混合后干燥，再加入二异氰酸酯类化合物进行聚合反应；
5、2)向步骤1)反应体系中加入小分子二元醇扩链剂继续反应，并使用有机溶剂调节体系粘度；
6、3)向步骤2)反应体系中加入胺类化合物进行中和反应，再加入多重氢键扩链剂后进行分散，得到自修复水性聚氨酯分散体；
7、4)将步骤3)所得分散体进行旋蒸后与改性二维mxene材料混合，将所得混合物置于模具中干燥后得到室温自修复水性聚氨酯薄膜。
8、进一步的，所述聚醚多元醇、扩链剂和二异氰酸酯类化合物的质量比为8～12：1：5～7；
9、扩链剂、小分子二元醇扩链剂和胺类化合物的质量比为1：0.7～1.2：0.6～1；
10、扩链剂、多重氢键扩链剂和改性二维mxene材料的质量比为1：0.4～0.8：0.001～0.03。
11、进一步的，步骤1)中，所述聚醚多元醇包括聚丙二醇2000和/或聚四氢呋喃二醇；
12、所述扩链剂包括2,2-二羟甲基丙酸和/或2,2-二羟甲基丁酸；
13、所述二异氰酸酯类化合物包括异佛尔酮二异氰酸酯和/或六亚甲基二异氰酸酯。
14、进一步的，步骤1)中，所述干燥的温度为100～130℃，干燥的时间为1.5～3h；
15、所述聚合反应的温度为82～100℃，聚合反应的时间为2.5～4h；
16、所述小分子二元醇扩链剂包括1,4-丁二醇，有机溶剂包括无水丁酮；
17、反应的温度为70～80℃，反应的时间为2～5h；
18、所述体系粘度范围为30～60mpa/s-1。
19、进一步的，步骤3)中，所述胺类化合物包括三乙胺；
20、所述中和反应的温度为30～40℃，中和反应的时间为20～40min；
21、所述多重氢键扩链剂包括己二酸二酰肼和/或n,n-双(2-羟乙基)草酰胺。
22、进一步的，步骤3)中，所述分散的转速为700～1000rpm，分散的时间为0.5～2h。
23、进一步的，步骤3)中，所述混合的温度为20～40℃，混合的时间为0.5～2h；所述干燥为分段干燥，首先在室温下干燥40～50h，再在45～55℃下干燥45～55h。
24、进一步的，步骤3)中，所述改性二维mxene材料是由天然酚类化合物改性二维mxene材料后得到；
25、所述天然酚类化合物包括单宁酸。
26、本发明提供了一种室温自修复水性聚氨酯薄膜。
27、本发明还提供了一种室温自修复水性聚氨酯薄膜在可穿戴设备中的应用。
28、本发明的有益效果：
29、本发明的水性聚氨酯具有由单氢键、双重氢键、四重氢键和六重氢键构成的梯度氢键网络，通过调节不同氢键的比例，可以很方便地调节整体网络的刚性和水性聚氨酯链段的流动性，更好地针对所需的性能进行选择性调整，本发明提供的自修复水性聚氨酯薄膜能够实现在室温下快速自修复，同时也可应用于可穿戴运动传感，在被汗液浸泡后还可保持优秀的传感性能。
30、本发明通过控制扩链剂和二维材料的比例，可以调控水性聚氨酯分子链间形成的氢键密度，多重氢键网络给水性聚氨酯提供了优异的机械强度和韧性。氢键作为典型的动态非共价键，较低的键能使得水性聚氨酯可以在室温下无需加热即可实现快速的自修复，本发明的水性聚氨酯薄膜还具有良好的耐水性，能够在遇水情况下保持良好的机械性能和自修复能力，添加了二维材料的样品还可以在近红外光的诱导下实现快速表面划痕自修复。
31、本发明合成方法简单，原料成本低，有利于实现大规模生产。
1.一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇、扩链剂和二异氰酸酯类化合物的质量比为8～12：1：5～7；
3.根据权利要求1所述的一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述聚醚多元醇包括聚丙二醇2000和/或聚四氢呋喃二醇；
4.根据权利要求1或3所述的一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述干燥的温度为100～130℃，干燥的时间为1.5～3h；
5.根据权利要求4所述的一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述胺类化合物包括三乙胺；
6.根据权利要求5所述的一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述分散的转速为700～1000rpm，分散的时间为0.5～2h。
7.根据权利要求6所述的一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述混合的温度为20～40℃，混合的时间为0.5～2h；所述干燥为分段干燥，首先在室温下干燥40～50h，再在45～55℃下干燥45～55h。
8.根据权利要求6或7所述的一种室温自修复水性聚氨酯薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述改性二维mxene材料是由天然酚类化合物改性二维mxene材料后得到；
9.权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备得到的室温自修复水性聚氨酯薄膜。
10.权利要求9所述的室温自修复水性聚氨酯薄膜在可穿戴设备中的应用。
