[发明专利]一种自修复可重复加工的聚硅氧烷弹性体及制备方法和应用

说明书

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种自修复可重复加工的聚硅氧烷弹性体及制备方法和应用，具有如下结构通式：其中R和R1为由碳、氢、氧、氮组成的长链。本发明制备的自修复可重复加工的聚硅氧烷弹性体具备以下优点：分子主链上带有脲键，脲键相互之间形成的氢键可以提高材料的机械强度；在金属离子的催化作用下，脲键具有热可逆性，材料不仅可自修复还可回收重加工；可应用于3D打印、柔性电极基材等领域；制备工艺简单，相对成本较低。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种自修复可重复加工的聚硅氧烷弹性体及制备方法和应用。

背景技术

聚硅氧烷主链由硅、氧原子交替构成，硅原子上直接连接有机基团，它兼具有无机和有机聚合物的特性，例如耐高低温、耐气候老化、电气绝缘、耐臭氧、疏水、气体透过性好且无毒、生物惰性等。被广泛应用于电子电气、建筑、汽车、纺织、医疗等领域。聚硅氧烷分子链柔顺且分子间作用力低，故通常以交联弹性体的形式被使用，传统的聚硅氧烷弹性体面临着与所有热固性材料相同的难题：(1)材料在成型加工和使用过程中出现破损后，无法实现自我修复从而延长材料的使用寿命；(2)材料废弃后难以回收加工再利用，造成极大的损失和资源浪费。

目前，关于含可逆动态键可重加工的自修复聚硅氧烷弹性体已有报道。Harreld等人在专利US 6783709B2中公开了一种基于氢键交联的聚硅氧烷弹性体。他们将多肽引入聚硅氧烷侧链，利用多肽之间可形成氢键的特点制备了交联聚硅氧烷弹性体。该弹性体能够在室温条件下自修复和重加工，然而，由于氢键作用强度弱，材料的力学性能差。OdriozolaIbon等人在专利WO 2013127989A1中公开了一种基于硼酸酯键的自修复聚硅氧烷弹性体。该材料由硼酸酯键交联的聚硅氧烷与沥青、PP、PE、SBS等热塑性聚合物材料复合而成。但是材料的重加工温度较高(～200℃)，同时无法判断材料自修复性能的优劣。除了氢键和硼酸酯键，Diels-Alder键也是一种有效的可逆共价键，该反应兼有立体选择性、立体专一性和区域选择性，且产率高，可以通过改变亲二烯和二烯的结构调节反应的可逆温度，从而可以调控材料的加工温度，其中呋喃-马来酰亚胺体系由于其反应条件最温和，因而研究最为广泛。四川大学的夏和生等人报道了一种Diels-Alder键交联的聚硅氧烷弹性体(Zhao,J.；Xu,R.；Luo,G.X.；Wu,W.；Xia,H.S.A self-healing,re-moldable and biocompatiblecrosslinked polysiloxane elastomer.J.Mater.Chem.B,2016,4,982-989.)。他们首先合成了马来酰亚胺改性的聚硅氧烷共聚物和呋喃封端的硅氧烷小分子交联剂，两者通过Diels-Alder反应形成DA键交联的聚硅氧烷弹性体。材料具有优异的重加工和自修复性能，但是材料的力学性能较差，并且无法同时改善材料的力学性能和自修复性能。

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种含金属离子催化剂的自修复可重复加工的聚硅氧烷弹性体及制备方法和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对现有含氢键或硼酸酯键的可逆共价交联聚硅氧烷弹性体力学性能差、重加工温度高，以及Diels-Alder键交联聚硅氧烷弹性体力学性能和自修复性能无法同时得到改善的问题，本发明提供了一种含有金属离子催化剂的自修复可重复加工的聚硅氧烷弹性体及其制备方法，脲键由伯胺与异氰酸酯反应得到，在金属的催化作用下，是一种新型热响应型动态键，可以使材料在80℃即可自修复，并且脲键之间的氢键相互作用可以提高材料的力学强度，该弹性体力学性能优异，有一定透明度，重加工性能好，自修复效率高，修复温度较低，制备工艺简单，相对成本较低。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种自修复可重复加工的聚硅氧烷弹性体，包括以下原料以重量份计：

进一步地，所述氨基封端的聚二甲基硅氧烷为分子量为500～50000的氨基封端聚二甲基硅氧烷。