[发明专利]光敏变色自修复智能尼龙66及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光敏变色自修复智能尼龙66及其制备方法，属于智能材料技术领域。本发明通过在尼龙66分子中引入脲基嘧啶酮结构及螺吡喃环结构，利用螺吡喃环的断裂与重建可使尼龙材料的颜色发生可逆变化，而脲基嘧啶酮分子结构之间易可逆性形成四重氢键以实现尼龙66材料劣化时的自修复。本发明设计的制备方法较易操作，反应时间短，后处理简单，且产率较高，制备得到的尼龙材料既具备较长使用寿命又可在不同光照下呈现颜色变化，在光致变色材料领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及尼龙材料，属于智能材料技术领域，具体地涉及一种光敏变色自修复智能尼龙66及其制备方法。

背景技术

聚酰胺(尼龙)作为五大工程塑料之一，具有拉伸强度高、弹性模量大、耐磨性和自润滑性优异等特点，因此，其在汽车制造业、电子电器行业、机械设备和包装等行业得到广泛应用。然而，当尼龙材料作为结构件应用于机械行业时，其在使用过程中所受的交变应力易使尼龙材料内部产生疲劳裂纹并导致材料的早期破坏，缩短其使用寿命。此外，当尼龙材料内部产生疲劳裂纹时，现有尼龙材料并不能将其内部的微观变化向使用者直观显示，发挥预警作用。因此，开发一种新型尼龙材料，使其具备抵抗疲劳裂纹扩展及自预警作用，对提高尼龙的使用寿命、降低结构件损坏而导致的事故风险极为重要，该产品将具有广阔的应用市场。

目前，高分子自修复材料受到广泛关注，其重要性正是在于可延长材料的使用寿命，可以在材料的使用过程中修补材料，尤其是在人不可及的地方如空间站或恶劣条件、腐蚀、辐射环境下，更需要材料具有自修复功能。早期的自修复高分子材料主要集中于微胶囊、微管破裂引发再聚合实现损伤的外援型修复，如中国发明专利申请(申请公布号：CN103594559A，申请公布日：2014-02-19)公开了一种自修复型太阳能电池背膜的制备方法，该申请公开了优选环氧树脂胶黏剂，尼龙分子结构中的端氨基作为环氧树脂中的固化剂，当尼龙背板受到外界作用力时，预埋在背板的自修复剂(微胶囊产品)能快速释放出核芯，环氧树脂与尼龙背板中的尼龙端胺基反应，固化交联，能快速的对外界力造成的裂纹进行修补以获得更高的性能。

然而这种自修复性通常只能实现一两次，无法重复修复损伤。但是高分子材料具有可调节的化学结构，通过对聚合过程的控制进而对其链段结构进行设计，可以较容易地实现对材料性能的调控，目前的研究则更多集中在对高分子材料本身的结构设计实现对材料损伤的本征型自修复，即材料本身不借助外界刺激或能量输入，通过自身结构变化自适性地实现动态调节。

在本征型自修复聚合物的发展过程中，氢键发挥了重要作用，其具备可逆性、协同性和动态特征，可在聚合物内部实现断裂-重组的互相转变，进而抵抗微裂纹的扩展，其中，以荷兰科学家Meijer等发明的以2-脲-4-嘧啶酮衍生物(UPy)为端基的氢键型自修复聚合物已经商品化(由SupraPolix公司生产，商品名为SupraB)，UPy自补可形成四重氢键二聚体，UPy基氢键在加热时破坏，冷却时形成，具有可逆性。UPy基氢键型超分子聚合物的自愈合行为是依靠高温下聚合物处于液态状态，可以填补裂纹，在室温处于固态而实现自修复。

如中国发明专利申请(申请公布号：CN106221100A，申请公布日：2016-12-14)公开了一种基于乙烯丁烯共聚物的光驱动自修复薄膜的制备方法，其包括将2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯合成UPy-NCO，然后产物与聚(乙烯-丁烯)和4’-二(羟甲基)偶氮苯反应，这两种材料进行复合，得到在紫外光照下可以自修复的嵌段共聚物；又如中国发明专利申请(申请公布号：CN107325256A，申请公布日：2017-11-07)公开了自修复聚合物材料及其制备方法，该申请的制备方法公开了首先制备脲基嘧啶酮型封端剂或扩链剂，然后利用低聚物二元醇、扩链剂和第一二异氰酸酯无规共聚反应制备侧链和端基含四重氢键基团的可低温快速自修复聚合物材料。相比于传统自修复材料，该类自修复材料在破损处无须外加修复剂即可实现较低温度下同一位置的多次重复自修复，修复能力高，力学性能好，材料成膜性及透明性好，工艺简单，成本低。