[发明专利]一种自修复有机硅聚合材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种自修复有机硅聚合材料及其制备方法和应用，属于复合材料领域。该自修复的有机硅聚合材料，其特征在于，其由改性聚硅氧烷A和改性聚硅氧烷B通过Diels‑Alder反应，通过生成至少一个可逆取代环己烯交联聚合；其中，所述改性聚硅氧烷A为具有至少一个马来酰亚胺基取代的聚硅氧烷A，所述改性聚硅氧烷B为具有至少一个呋喃乙酰基取代的聚硅氧烷B。本申请的有机硅复合材料，具备良好的疏水特性、通透性、成膜性及可重复利用性；有机硅复合材料应用在化肥的包膜材料时有利于提高肥料缓释效果、降低包膜材料使用量方面优势显著，对保护环境具有积极的作用。

技术领域

本申请涉及一种自修复有机硅聚合材料及其制备方法和应用，属于复合材料领域。

背景技术

随着世界人口的急速增长及人民生活水平的逐步提高，对粮食的产量和品质的需求逐年增加，肥料的施用成为当今提高粮食品质和产量最行之有效的方法。伴随着农业的快速发展，农业生产中过度施用肥料的现象屡见不鲜，究其原因是肥料施加后因受到雨水冲刷、光照分解等外界因素影响，大部分养分在被农作物吸收前已流失，使肥料利用率大大降低，从而导致过度施用肥料现象。而过度施用肥料会对农作物生长产生抑制、使农产品品质下降、导致土壤结构破坏及面源污染等。因此如何在保证粮食高产稳产的前提下提高肥料利用率，进而降低农业生产成本，减轻农业增速发展所带来的面源污染，实现农业的绿色生态可持续发展，成为当前我国乃至世界农业发展研究的重点问题。

有机硅高分子材料作为一类特殊的高分子材料，其特有的Si-O链段使其在热性能、柔性、成膜性、疏水性等方面展现出特有的优势。前期研究结果表明，有机硅高分子可在基质表面形成致密的保护膜，在强酸、强碱的作用下仍可防止其对基质的腐蚀，且疏水性极佳，上述研究结果表明有机硅高分子可作为疏水涂层用于肥料的缓释。但有机硅高分子制备过程中多需要Pt催化剂作用，成本相对较高，阻碍了有机硅高分子在农业领域的应用。另一方面，现有缓释肥料因包膜材料性能差导致的因缓释效果不佳，而引起资源浪费和肥料滥施滥用的问题。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种自修复的有机硅聚合材料及其制备方法和应用，利用高效、可逆Diels-Alder反应，将具有特定功能基团的有机硅聚合物通过该交联方式制备得到的一类具有高缓释特性、包膜效果好的新型自修复的有机硅聚合材料，并将其应用于肥料的缓释、降低包膜材料使用量方面优势显著，对保护环境具有积极的作用；具备良好的疏水特性、通透性、成膜性及可重复利用性；该有机硅聚合材料的制备方法制得的有机硅聚合材料产物纯度高、反应条件温和收率高，成本低，符合肥料中的包膜材料的各种需求。

根据本申请的一个方面，提供了一种自修复的有机硅聚合材料，该自修复的有机硅聚合材料由改性聚硅氧烷A和改性聚硅氧烷B发生Diels-Alder反应，以通过生成至少一个可逆取代环己烯基交联聚合制得；

其中，所述改性聚硅氧烷A为1分子中具有至少一个马来酰亚胺基取代的聚硅氧烷A，所述改性聚硅氧烷B为1分子中具有至少一个呋喃乙酰基取代的聚硅氧烷B，所述可逆取代环己烯基的结构如式Ⅰ所示：

可选地，所述改性聚硅氧烷A的多个马来酰亚胺基分别和所述改性聚硅氧烷B的多个呋喃乙酰基可逆交联聚合，从而使得制得的有机硅聚合材料为多孔材料，能够作为缓释包膜材料使用。

可选地，所述改性聚硅氧烷B为1分子中具有至少一个呋喃乙酰基氨基取代的聚硅氧烷B。

可选地，所述改性聚硅氧烷A中的马来酰亚胺基的接枝率为X，所述改性聚硅氧烷B中的呋喃乙酰基的接枝率为Y，所述接枝率X与接枝率Y的比值为1:1.2-1.5。

优选地，所述接枝率X与接枝率Y的比值为1:1.2-1.5；更优选地，所述接枝率X与接枝率Y比值为1:1.5，以使得接枝的马来酰亚胺基和呋喃乙酰的能充分反应，以提高接枝原料的利用率。