[發(fā)明專利]具有蜻蜓翅膀微觀結構的增強增韌自修復材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN114426775B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 傅佳駿;柳童;徐建華;張雅娜
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C08L87/00
• 分類號: C08L87/00;C08K3/14;C08G83/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發(fā)明公開了一種具有蜻蜓翅膀微觀結構的增強增韌自修復材料及其制備方法。所述方法先合成四重氫鍵?異氰酸酯單體，再與氨基封端的三羥甲丙烷三聚丙二醇醚共聚，合成超分子聚合物，再將超分子聚合物與Mxene進行共混，旋蒸，熱壓的成型方式制得具有類似蜻蜓翅膀的結構以及高強、高韌的力學性能的自修復材料。相較于純超分子聚合物，本發(fā)明的自修復材料的應力和應變都提高了20余倍。

技術領域

本發(fā)明屬于高分子材料領域，涉及一種具有蜻蜓翅膀微觀結構的增強增韌自修復材料及其制備方法。

背景技術

自修復聚合物材料分為外援型與本征型兩大類，前者需要外界的刺激才能自修復，后者則可以自發(fā)的進行修復工作。對于自修復聚合物而言，它可以及時地修復外界帶來的物理損傷，除了能夠避免不必要的資源浪費與延長材料的服役壽命外，還可以消除潛在的安全隱患。

對于聚合物材料而言，力學強度與韌性是一對難以調和的矛盾，高力學強度的材料往往具有較大的交聯(lián)密度、較高的鏈規(guī)整度，這兩點又會阻礙分子鏈的運動，從而降低材料的韌性。對于聚合物基自修復材料來說，除了強度與韌性之外，修復性能與二者之間也存在著一定的矛盾。對于聚合物而言，分子鏈的運動性與分子之間作用力的動態(tài)性決定了自修復性能的好壞，而當聚合物擁有較高的力學強度時，它的分子鏈運動能力又往往較差，從而無法讓它兼?zhèn)鋬?yōu)異的修復性能。對于韌性好的聚合物材料而言，雖然它的分子鏈運動能力比較強，但它的力學強度卻無法滿足實際的使用強度，如何平衡三者之間的差異，是當今自修復聚合物材料迫切需要解決的問題。

Diederik W.R.Balkenende等人制備了光學響應的自修復聚合物，可以在較短的時間內響應紫外光從而達到自修復的目的，然而它的力學強度只能達到1.2±0.2Mpa，無法滿足正常的工業(yè)需要，另外，較低的玻璃化轉變溫度也無法適應極端的工作條件(Balkenende D W R,Monnier C A,Fiore G L,et al.Optically responsivesupramolecular polymer glasses[J].Nature Communications,2016,7:10995.)。因此亟待開發(fā)出耐溫性好，力學強度高的自修復材料。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種兼具優(yōu)異的力學強度與韌性返具有蜻蜓翅膀微觀結構的增強增韌自修復材料及其制備方法。

實現本發(fā)明目的的技術方案如下：

具有蜻蜓翅膀微觀結構的增強增韌自修復材料，由帶有多種含氫官能團的自修復超分子聚合物與無機填料二維碳化鈦(Mxene)，通過濕法共混、旋蒸、熱壓成型制備而成，其中Mxene與超分子聚合物的體積比為1：99～1：24，所述的帶有多種含氫官能團的自修復超分子聚合物的結構式如下：

n＝2。

具有蜻蜓翅膀微觀結構的增強增韌自修復材料的制備方法，具體步驟如下：

步驟1，將乙酰乙酸乙酯與碳酸胍混合，加入乙醇，混合均勻后，邊攪拌邊回流反應，反應結束后依次用丙酮、乙醇和水洗滌，過濾，烘干，得到2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶(MIC)；

步驟2，按摩爾比為1:7將MIC與六亞二甲基異氰酸酯混合，在N₂氛圍下，邊攪拌邊在100～120℃下回流反應，反應結束后用石油醚洗滌，過濾，真空干燥，得到四重氫鍵-異氰酸酯單體(Upy-NCO)；

步驟3，將Upy-NCO和氨基封端的三羥甲丙烷三聚丙二醇醚溶于N,N-二甲基甲酰胺中，在N₂氛圍下，邊攪拌邊在120～150℃下回流反應，反應結束后冷卻至室溫，加入乙醚攪拌過濾，干燥，得到超分子聚合物(SP)塊體；

步驟4，將SP塊體在140℃下熱壓至無定形透明塊狀，粉碎，過篩得到粒徑為100～300μm的聚合物粉末；