[发明专利]具有蜻蜓翅膀微观结构的增强增韧自修复材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有蜻蜓翅膀微观结构的增强增韧自修复材料及其制备方法。所述方法先合成四重氢键‑异氰酸酯单体，再与氨基封端的三羟甲丙烷三聚丙二醇醚共聚，合成超分子聚合物，再将超分子聚合物与Mxene进行共混，旋蒸，热压的成型方式制得具有类似蜻蜓翅膀的结构以及高强、高韧的力学性能的自修复材料。相较于纯超分子聚合物，本发明的自修复材料的应力和应变都提高了20余倍。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种具有蜻蜓翅膀微观结构的增强增韧自修复材料及其制备方法。

背景技术

自修复聚合物材料分为外援型与本征型两大类，前者需要外界的刺激才能自修复，后者则可以自发的进行修复工作。对于自修复聚合物而言，它可以及时地修复外界带来的物理损伤，除了能够避免不必要的资源浪费与延长材料的服役寿命外，还可以消除潜在的安全隐患。

对于聚合物材料而言，力学强度与韧性是一对难以调和的矛盾，高力学强度的材料往往具有较大的交联密度、较高的链规整度，这两点又会阻碍分子链的运动，从而降低材料的韧性。对于聚合物基自修复材料来说，除了强度与韧性之外，修复性能与二者之间也存在着一定的矛盾。对于聚合物而言，分子链的运动性与分子之间作用力的动态性决定了自修复性能的好坏，而当聚合物拥有较高的力学强度时，它的分子链运动能力又往往较差，从而无法让它兼备优异的修复性能。对于韧性好的聚合物材料而言，虽然它的分子链运动能力比较强，但它的力学强度却无法满足实际的使用强度，如何平衡三者之间的差异，是当今自修复聚合物材料迫切需要解决的问题。

Diederik W.R.Balkenende等人制备了光学响应的自修复聚合物，可以在较短的时间内响应紫外光从而达到自修复的目的，然而它的力学强度只能达到1.2±0.2Mpa，无法满足正常的工业需要，另外，较低的玻璃化转变温度也无法适应极端的工作条件(Balkenende D W R,Monnier C A,Fiore G L,et al.Optically responsivesupramolecular polymer glasses[J].Nature Communications,2016,7:10995.)。因此亟待开发出耐温性好，力学强度高的自修复材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具优异的力学强度与韧性返具有蜻蜓翅膀微观结构的增强增韧自修复材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

具有蜻蜓翅膀微观结构的增强增韧自修复材料，由带有多种含氢官能团的自修复超分子聚合物与无机填料二维碳化钛(Mxene)，通过湿法共混、旋蒸、热压成型制备而成，其中Mxene与超分子聚合物的体积比为1：99～1：24，所述的带有多种含氢官能团的自修复超分子聚合物的结构式如下：

n＝2。

具有蜻蜓翅膀微观结构的增强增韧自修复材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将乙酰乙酸乙酯与碳酸胍混合，加入乙醇，混合均匀后，边搅拌边回流反应，反应结束后依次用丙酮、乙醇和水洗涤，过滤，烘干，得到2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶(MIC)；

步骤2，按摩尔比为1:7将MIC与六亚二甲基异氰酸酯混合，在N₂氛围下，边搅拌边在100～120℃下回流反应，反应结束后用石油醚洗涤，过滤，真空干燥，得到四重氢键-异氰酸酯单体(Upy-NCO)；

步骤3，将Upy-NCO和氨基封端的三羟甲丙烷三聚丙二醇醚溶于N,N-二甲基甲酰胺中，在N₂氛围下，边搅拌边在120～150℃下回流反应，反应结束后冷却至室温，加入乙醚搅拌过滤，干燥，得到超分子聚合物(SP)块体；

步骤4，将SP块体在140℃下热压至无定形透明块状，粉碎，过筛得到粒径为100～300μm的聚合物粉末；