[发明专利]一种高强高韧离子自修复聚合物材料及制备方法

说明书

本发明公开一种高强高韧的离子自修复聚合物材料及制备方法，为1,4,4a,9,9a,10‑六氢‑9,10(1’,2’)‑桥苯亚基‑1,4‑桥亚甲基蒽和5‑降冰片烯‑2‑亚甲基‑1‑癸基‑3氢‑咪唑三氟甲基磺酰基亚胺的共聚物。本发明提供的离子聚合物的杨氏模量可高达286MPa，是目前超分子自修复材料中杨氏模量最高的聚合物，聚合物的屈服强度可高达16.8MPa，断裂伸长率可达1400％。本发明提供的离子聚合物中含有大量的咪唑离子赋予动态修复性能。本发明提供的离子自修复聚合物兼具优异的力学强度、良好的修复性能和较好的抗水敏感性。

技术领域

本发明涉及聚合物材料技术领域，尤其涉及一种高强高韧离子自修复聚合物材料的制备。

背景技术

自修复材料是一种在物体受损时能够进行自我修复的新型智能材料。自修复材料的应用范围极为广泛，包括军用装备、电子产品、汽车、飞机、建筑材料等领域。制备自修复材料的重大意义在于，可延长材料的使用寿命，提高材料使用的安全可靠性，避免资源的浪费。自修复材料可通过填埋修复剂、可逆的共价键和超分子作用等方法来制备。但目前大部分的自修复材料存在着一定的缺点，例如修复的不可重复性、差的机械性能和环境敏感性等。

近年来，基于超分子化学的自修复材料越来越受到科学家们的重视，这是由于超分子的种类广泛，强度跨度大。实现材料自修复性能的关键促进因素是链段的运动，为了保证聚合物链段的运动，大部分的超分子作用的聚合物只能为软的橡胶(其杨氏模量为1-10MPa)甚至是力学强度更低的凝胶，然而具有优异力学强度的自修复材料会有更加重要的实际应用，因此设计高机械强度的自修复材料就面临着重大的挑战。

在目前已报道的超分子自修复方法中，通过氢键之间的相互作用进行自修复是一种较为有效的方法。然而，现有技术提供的氢键实现自修复功能的材料其最高杨氏模量不超过100MPa,远远不能满足实际生活和生产的需求。相比于超分子氢键作用，离子之间具有较强的相互作用，且这种相互作用不容易受到外界环境的影响。因此，利用离子之间相互作用来制备高机械强度的自修复材料不失为一种行之有效的方法。

发明内容

本发明的目的在于公开一种高强高韧的离子自修复聚合物材料及制备方法，本发明提供的离子聚合物的杨氏模量可高达286MPa，是目前超分子自修复材料中杨氏模量最高的聚合物，聚合物的屈服强度可高达16.8MPa，断裂伸长率可达1400％，因此本发明提供的离子聚合物材料兼具有优异的力学强度以及良好的修复性能。此外，本发明提供的离子聚合物的修复性能还具有抗水敏感性的优点。

本发明提供了一种离子自修复聚合物材料，具有式I所示的结构：

式I中，Tf₂N为三氟甲基磺酰亚胺基。

m、n为聚合度，100≤m≤300，5≤n≤100。

为1,4,4a,9,9a,10-六氢-9,10(1’,2’)-桥苯亚基-1,4-桥亚甲基蒽和5-降冰片烯-2-亚甲基-1-癸基-3氢-咪唑三氟甲基磺酰基亚胺的共聚物。

优选的，所述式I中，150≤m≤250，10≤n≤60。

本发明提供了一种上述技术方案所述离子自修复聚合物的制备方法，包括以下步骤：

在二氯[1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-咪唑烷亚基](亚苄基)双(3-溴吡啶)钌(II)催化剂的作用下，将外型-1,4,4a,9,9a,10-六氢-9,10(1’,2’)-桥苯亚基-1,4-桥亚甲基蒽具有式II所示结构的化合物和5-降冰片烯-2-亚甲基-1-癸基-3氢-咪唑三氟甲基磺酰基亚胺具有式III所示结构的化合物在二氯甲烷溶剂中进行开环易位聚合，得到离子自修复聚合物材料。

式III中，Tf₂N为三氟甲基磺酰亚胺基。