[發明專利]一類快速自修復材料及其應用

有效

• 申請號: 201910386472.8
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110283317B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 李承輝;左景林;王大鵬;賴建誠;趙梓含
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C08G77/38
• 分類號: C08G77/38
• 代理公司: 南京艾普利德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32297
• 代理人: 張鉑

本發明針對現有高分子工程領域中存在的問題，提供了一類可快速自修復的材料。本發明通過將快速交換的亞胺鍵和具有良好鏈流動性的氨基封端高分子進行結合，通過控制亞胺鍵和氨基封端高分子材料的比例，所制備的快速自修復材料具有優異的自修復性能，在受到外界持續破壞后，只需1?30分鐘就可在室溫下恢復其本身優異的拉伸性能、密封性能與粘結性能，并且可以循環回收利用。

技術領域

本發明屬于自修復材料技術領域，具體涉及一類新型的快速自修復材料及其應用。

背景技術

自修復材料是一種集感知、驅動和信息處理于一體，通過模擬生物體損傷自修復的機理，在材料受損時能夠進行自我修復的新型智能材料。自修復材料對基體微裂紋的修補和表面損傷的修復提供了一種經濟而又快捷的新方法，為延長材料使用壽命，提高材料安全性，減少廢棄物及優化經濟效益提供了理想途徑，在航天、軍工、建筑以及工程等領域中有著重要應用。目前，這種具有自“檢測”、自分析和自修復功能的材料在現代工業中的有著不可替代的作用。

傳統的外援型自修復材料是將包含催化劑或化學補充劑的膠囊緊密埋藏于高分子材料中，當材料受到內部或外界損傷后，被破壞的膠囊隨即釋放出其中的化學物質從而實現傷痕的修復。該修復機制存在修復次數有限，生產成本高以及操作難度大等缺點，因而難以廣泛應用于實際的工業或商業領域。

新型的本征型自修復材料是基于材料本身內部結構中包含的動態共價鍵(二硫鍵、硼氧鍵、酯鍵、酰肼鍵、亞胺鍵等)或動態非共價鍵(氫鍵、配位鍵、靜電相互作用、π-π堆積作用等)的斷裂與重組，從而實現材料遭受損傷后的修復過程。其中亞胺鍵因其本身出色的穩定性以及卓越的動態交換能力已經被研究者廣泛應用于構建新型的自修復高分子材料，但目前已有的基于亞胺鍵的自修復材料存在以下幾點不足(2014,Adv.Mater.,26,3938.；2016,Macromolecules,49,6277；2017,Macromol.Rapid Commun.,38,1700110；2018,Macromol.Rapid Commun.,39,e1700686.)：(1)基于亞胺鍵的自修復材料常常需要外界刺激(加熱、紫外光照、調節酸堿性)來輔助修復，在室溫條件下不施加外界刺激所制備得到的材料往往需要幾小時甚至幾十小時才可能實現其性能的自修復，尚未有相關材料能夠在室溫下實現自發地快速自修復(1-30分鐘)；(2)在酸性條件下會逐漸分解從而使材料本身性能下降；(3)可加工能力較差，常常需要高溫高壓來輔助加工成形；(4)難以回收并循環使用，對可持續性發展的生態環境造成壓力。以上存在的這些缺點大大增加了其在實際工業使用中的難度，因此發明簡單易合成、生產成本低、室溫下可自發快速修復(1-30分鐘)、使用環境下穩定性高、易于加工成型、可循環使用且環境友好型動態亞胺聚合物材料具備廣闊的應用前景。

發明內容

自修復材料是一類可以在一定的環境中自發實現損傷部位修復的智能材料。本發明提供了一類新型的自修復材料。同時，針對現有高分子工程領域中存在的問題，本發明旨在提供一類可快速修復的材料。本發明通過將快速交換的亞胺鍵和具有良好鏈流動性的氨基封端高分子進行結合，通過控制亞胺鍵和氨基封端高分子材料的比例，所制備的快速自修復材料具有優異的自修復性能，在受到外界持續破壞后，只需1-30分鐘就可在室溫下恢復其本身優異的拉伸性能、密封性能與粘結性能，并且可以循環回收利用。

本發明具體技術方案如下：

本發明涉及一類新型的自修復高分子材料，具有式Ⅰ、式II和式III所示的特征結構：

其中，

X₁-X₄相同或者不同，代表氫、鹵素基團、羥基、氨基、巰基、C1-C8烷基或C1-C8烷氧基、苯基、吡啶基、蒽基、萘基，以及被鹵素基團、羥基、氨基、巰基、C1-C8烷基、C1-C8烷氧基取代的苯基、吡啶基、蒽基或萘基；