[發明專利]一種具有力致變色和自修復雙功能的高分子復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911326026.4
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111019327B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 李國良;宋曉珂;齊濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08K5/29;C08J5/18;C08L29/04;C08K3/22;C08K5/1545;C08K5/06;B32B27/40;B32B27/18;B32B27/30;B32B27/08;B32B7/023;B32B33/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

本發明涉及一種具有力致變色和自修復雙功能的高分子復合材料。該高分子復合材料具有雙層結構，所述雙層結構包括熒光自修復聚合物基體層、紫外遮蔽層；所述熒光自修復聚合物基體層厚度至少為10μm，所述紫外遮蔽層厚度為0.1～8μm；所述熒光自修復聚合物基體層由自修復聚合物基體和熒光添加劑組成，熒光添加劑的比例按重量百分比計為0.001％～50％；所述紫外遮蔽層由脆性高分子和紫外線屏蔽劑組成，所述紫外線屏蔽劑的比例按重量百分比計為1％～99％。本發明高分子復合材料表現出隨應變增大熒光強度逐漸增強的力致變色效應，并且在破損時可通過加熱實現同一位置的多次重復自修復，恢復力學性能和力致變色性能。

技術領域

本發明屬于復合材料制備領域，主要涉及一種具有力致變色和自修復雙功能的高分子復合材料及其制備方法。

背景技術

在復雜的環境中，無處不在的機械力往往對材料造成不可逆轉的損傷。開發具有機械力響應性的多功能自適應材料具有重要意義。近年來，能夠在機械刺激下發生光學性能改變的力致變色材料備受矚目，這種性能使得力致變色材料在損傷監測、信息加密和柔性顯示等領域具有廣泛的潛在應用價值。自修復材料則具有自動修復受損部位，恢復材料結構完整及機械性能的特定。將力致變色功能與自修復功能集成到一個體系中，開發具有力致變色和自修復雙功能的高分子復合材料對增強材料自適應性、延長材料壽命及節約能源具有重大意義。

迄今為止，大部分力致變色材料的構筑方法是將具有機械力響應性的力色團通過化學鍵連接到高分子骨架中，合成方法復雜且力致變色靈敏度較低。相對而言，通過特殊的結構設計構筑的力致變色高分子復合材料則具有制備簡便、受力前后變色明顯等優勢。Songshan Zeng等利用應變誘導的裂紋和折疊構筑了具有高力致變色靈敏度的復合材料(Nature Communications,2016,7,11802)，但是該方法制得的材料性能仍比較單一，近能夠實現機械力的指示，無法修復機械損傷。近期，Yan Song等利用多級次氫鍵相互作用合成了一系列超韌性自修復聚合物(CN109982193A)，這種自修復聚合物含有大量一重、二重和四重氫鍵，使材料能夠在較低溫度下實現較好的自修復。然而，這種自修復聚合物并不具備機械力監測功能，無法實現機械力的感知及早期損傷的預警。因此，研發出同時具有力致變色和自修復雙功能的高分子復合材料存在重大需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種新型的具有力致變色和自修復雙功能的高分子復合材料及其制備方法。

本發明原理為：以熒光添加劑作為熒光物質，在紫外光下，通過不同應變下紫外遮蔽層上裂紋的擴張和閉合調節熒光顯露面積的大小，從而實現熒光強度隨機械力的變化。此外，材料破損時，可通過熒光自修復層中的超分子相互作用實現材料的自修復。

本發明提供的具有力致變色和自修復雙功能的高分子復合材料，其中，所述高分子復合材料具有雙層結構，所述雙層結構為熒光自修復聚合物層和紫外遮蔽層，其中，所述熒光自修復聚合物基體層位于紫外遮蔽層之下。

作為優選，所述熒光自修復聚合物基體層厚度至少為10μm；所述紫外遮蔽層厚度為0.1～8μm。

進一步優選，所述熒光自修復聚合物基體層厚度為300～500μm；所述紫外遮蔽層厚度為1～4μm。

作為優選，所述熒光自修復聚合物基體層由自修復聚合物和熒光添加劑組成，熒光添加劑的比例占熒光自修復聚合物層重量百分比的0.001％～50％，進一步優選為0.05～0.5％；所述紫外遮蔽層由脆性高分子和紫外線屏蔽劑組成，紫外線屏蔽劑的比例占紫外遮蔽層重量百分比的1～99％，進一步優選為40～80％。

作為優選，所述自修復聚合物為具有超分子相互作用的聚合物彈性體，所述超分子相互作用包括氫鍵相互作用、金屬-配體相互作用和主客體相互作用中的一種或兩種以上。

作為優選，所述的自修復聚合物為聚氨酯、聚苯乙烯、聚烯烴和聚酰胺中的一種或兩種以上。