[发明专利]一类快速自修复材料及其应用

说明书

本发明针对现有高分子工程领域中存在的问题，提供了一类可快速自修复的材料。本发明通过将快速交换的亚胺键和具有良好链流动性的氨基封端高分子进行结合，通过控制亚胺键和氨基封端高分子材料的比例，所制备的快速自修复材料具有优异的自修复性能，在受到外界持续破坏后，只需1‑30分钟就可在室温下恢复其本身优异的拉伸性能、密封性能与粘结性能，并且可以循环回收利用。

技术领域

本发明属于自修复材料技术领域，具体涉及一类新型的快速自修复材料及其应用。

背景技术

自修复材料是一种集感知、驱动和信息处理于一体，通过模拟生物体损伤自修复的机理，在材料受损时能够进行自我修复的新型智能材料。自修复材料对基体微裂纹的修补和表面损伤的修复提供了一种经济而又快捷的新方法，为延长材料使用寿命，提高材料安全性，减少废弃物及优化经济效益提供了理想途径，在航天、军工、建筑以及工程等领域中有着重要应用。目前，这种具有自“检测”、自分析和自修复功能的材料在现代工业中的有着不可替代的作用。

传统的外援型自修复材料是将包含催化剂或化学补充剂的胶囊紧密埋藏于高分子材料中，当材料受到内部或外界损伤后，被破坏的胶囊随即释放出其中的化学物质从而实现伤痕的修复。该修复机制存在修复次数有限，生产成本高以及操作难度大等缺点，因而难以广泛应用于实际的工业或商业领域。

新型的本征型自修复材料是基于材料本身内部结构中包含的动态共价键(二硫键、硼氧键、酯键、酰肼键、亚胺键等)或动态非共价键(氢键、配位键、静电相互作用、π-π堆积作用等)的断裂与重组，从而实现材料遭受损伤后的修复过程。其中亚胺键因其本身出色的稳定性以及卓越的动态交换能力已经被研究者广泛应用于构建新型的自修复高分子材料，但目前已有的基于亚胺键的自修复材料存在以下几点不足(2014,Adv.Mater.,26,3938.；2016,Macromolecules,49,6277；2017,Macromol.Rapid Commun.,38,1700110；2018,Macromol.Rapid Commun.,39,e1700686.)：(1)基于亚胺键的自修复材料常常需要外界刺激(加热、紫外光照、调节酸碱性)来辅助修复，在室温条件下不施加外界刺激所制备得到的材料往往需要几小时甚至几十小时才可能实现其性能的自修复，尚未有相关材料能够在室温下实现自发地快速自修复(1-30分钟)；(2)在酸性条件下会逐渐分解从而使材料本身性能下降；(3)可加工能力较差，常常需要高温高压来辅助加工成形；(4)难以回收并循环使用，对可持续性发展的生态环境造成压力。以上存在的这些缺点大大增加了其在实际工业使用中的难度，因此发明简单易合成、生产成本低、室温下可自发快速修复(1-30分钟)、使用环境下稳定性高、易于加工成型、可循环使用且环境友好型动态亚胺聚合物材料具备广阔的应用前景。

发明内容

自修复材料是一类可以在一定的环境中自发实现损伤部位修复的智能材料。本发明提供了一类新型的自修复材料。同时，针对现有高分子工程领域中存在的问题，本发明旨在提供一类可快速修复的材料。本发明通过将快速交换的亚胺键和具有良好链流动性的氨基封端高分子进行结合，通过控制亚胺键和氨基封端高分子材料的比例，所制备的快速自修复材料具有优异的自修复性能，在受到外界持续破坏后，只需1-30分钟就可在室温下恢复其本身优异的拉伸性能、密封性能与粘结性能，并且可以循环回收利用。

本发明具体技术方案如下：

本发明涉及一类新型的自修复高分子材料，具有式Ⅰ、式II和式III所示的特征结构：

其中，

X₁-X₄相同或者不同，代表氢、卤素基团、羟基、氨基、巯基、C1-C8烷基或C1-C8烷氧基、苯基、吡啶基、蒽基、萘基，以及被卤素基团、羟基、氨基、巯基、C1-C8烷基、C1-C8烷氧基取代的苯基、吡啶基、蒽基或萘基；