[发明专利]一种基于聚丙烯酸的自愈合弹性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于聚丙烯酸的自愈合弹性材料及其制备方法和应用。本发明的基于聚丙烯酸的自愈合弹性体是由丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸三种单体光聚合形成的共聚物作为三维网络骨架，将低分子量的聚丙烯酸贯穿于三维网络中制备得到弹性体。同时，本发明引入了二烯丙基二硫醚作为交联剂和改性剂，构筑了动态可逆的二硫键交换网络，与体系中大量的氢键一起协同赋予弹性体良好的自愈合性能。本发明制备的基于聚丙烯酸的自愈合弹性体具有良好的自愈合性，一定的机械强度和韧性，而且透明度较高，可以用于制备手机保护套、桌垫、玩具、实体标志等，具有广阔的应用价值。

技术领域

本发明涉及自愈合弹性材料领域，具体涉及一种基于聚丙烯酸的自愈合弹性材料及其制备方法和应用。

背景技术

自愈合弹性材料是指能够自行修复损伤并能近似恢复到原始性能的弹性材料。自愈合性能大大延长了材料的使用寿命，使材料在很多应用方面显示出巨大的潜力，尤其是在保护涂层，可穿戴电子设备以及生物医疗等领域具有广阔的应用前景。

现阶段对自愈合材料的研究主要基于材料的内在自愈合，即，通过构筑动态可逆的交联网络，赋予弹性体自愈合的性能。这些动态的反应类型主要有酯交换、二硫键交换、亚胺交换、环氧交换、Diels-Alder反应、硼酸酯交换等。最近，有研究者通过构筑亚胺-环氧动态交联网络，制备得到具有良好自愈合性且可再加工的亚胺-环氧树脂(MO R,HU J,HUANG H,et al.Tunable, Self-Healing and Corrosion Inhibiting Dynamic Epoxy-Polyimine Network Built by Post-Crosslinking[J].Journal of MaterialsChemistry A,2019,7(7):3031–3038.)。不过，亚胺聚合物具有颜色发黄、容易水解等问题，限制了其应用。随后，有研究者在热塑性聚氨酯中构筑二硫键交联网络，同时复合悬挂四重氢键网络，制备得到高机械强度且自愈合性能优良的聚氨酯弹性体。(HU J,MO R,JIANG X,et al.Towards Mechanical Robust yet Self-Healing Polyurethane Elastomers viaCombination of Dynamic Main Chain and Dangling Quadruple Hydrogen Bonds[J].Polymer,2019,183(October):121912.)但聚氨酯的制备工艺相对比较复杂，所以有必要开发一种操作简单，成本低廉，应用广泛的自愈合弹性体的制备方法。

聚丙烯酸是一种亲水性的弱电解质材料，玻璃化转变温度较高，基于聚丙烯酸的弹性材料都具有较高的机械强度，同时，聚丙烯酸主链中含有大量的羧基，在弱碱性条件下可以转化为羧酸根负离子与金属离子进行配位。研究者们通过将聚丙烯酸贯穿于软单体聚合物中，得到韧性较好的聚丙烯酸基弹性体，同时引入金属离子进行络合，使弹性体具有一定的自恢复性。(WU J,NIU W, ZHANG S,et al.Polyacrylic Acid-Based CoordinationSupramolecular Elastomer with High Strength,Excellent Fatigue-Resistance,andSelf-Recovery Properties[J]. Macromolecular Chemistry and Physics,2019,220(8):1–9.)。该方法操作相对简单，但与金属离子配位需要在弱碱性条件下进行，导致得到的弹性体也有偏黄的现象。

因此，有必要开发一种自愈合性良好，透明度高，机械强度较大而且操作简单成本低廉的自愈合弹性体。

发明内容

为了克服以上问题，本发明的目的之一在于提供一种基于聚丙烯酸的自愈合弹性材料。

本发明的目的之二在于提供上述一种基于聚丙烯酸的自愈合弹性材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供上述一种基于聚丙烯酸的自愈合弹性材料的应用。