[发明专利]一种石墨烯/聚合物自修复材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/聚合物自修复材料及其制备方法。该自修复材料中，功能化石墨烯、功能化聚合物和交联剂通过可逆的狄尔斯阿德耳反应（DA反应）形成可逆交联网络，使得复合材料具有优异的自修复性能。氧化石墨烯与糠胺反应得到呋喃功能化的石墨烯，甲基丙烯酸糠酯与其他甲基丙烯酸酯类共聚得到呋喃功能化的聚甲基丙烯酸酯，呋喃功能化石墨烯与呋喃功能化的聚甲基丙烯酸酯复合并加入交联剂双马来酰亚胺，得到具有优异自修复性能的石墨烯/聚合物复合材料。与现有技术相比，本发明所涉及原材料价格低廉，反应条件温和，所得石墨烯/聚合物复合材料具有优异的力学性能和高温自修复性能，极大程度地增加材料的使用寿命。本发明制备方法简单、操作方便、实用性强。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种石墨烯/聚合物自修复材料及其制备方法。具体为功能化石墨烯、功能化聚合物和交联剂通过可逆的DA反应形成具有可逆交联网络的石墨烯/聚合物复合材料，所得复合材料具有优异的自修复性能。

背景技术

自然界中的许多生物可以在局部损伤后自主修复并愈合，这种特性被称为“自修复”能力。而人工合成的聚合物材料不具有这种自修复能力，在使用过程中产生的损伤和缺陷会导致材料性能的下降而缩短材料的使用寿命。如果通过仿生学设计将自修复功能引入到聚合物材料中制备具有自修复能力的聚合物材料，将有助于得到寿命更长、性能更可靠和更经济的结构材料。这类材料在一些重要工程和尖端领域（如建筑材料、表面涂层、人造肌肉、药物传输、水温传感器和形状记忆材料等）孕育着巨大的发展前景和应用价值。根据修复过程是否需要外加修复剂可以把自修复材料分为外援型和本征型两类。外援型自修复材料是在材料制备过程中预先加入修复剂，出现损伤后材料可以在修复剂的作用下实现自我修复。外援型自修复无需外部刺激，可自主修复，但修复次数有限，微胶囊或中空纤维等构成新的缺陷。本征型自修复材料中通常存在可逆共价键或可逆非共价键，在一定条件下，这些可逆键可以解离和再形成，材料正是利用这一特性实现损伤的修复。与外援型自修复材料相比，本征型自修复材料无需外加修复剂，可以多次修复。可逆非共价键修复效率快，修复率高，但强度低、热稳定性和溶剂稳定性差。可逆共价键具有比可逆非共价键更强的键能，可以制备强度高且稳定性好的自修复材料。

石墨烯在电学、热学、光学、力学以及其它方面都表现出的优异的性能。作为纳米增强组分，添加少量石墨烯可以使聚合物的电学性能、导热性能、力学性能、热稳定性以及气体阻隔性得到大幅提高。将石墨烯引入到聚合物自修复材料中，可以得到同时具备石墨烯优异性能和自修复性能的石墨烯/聚合物自修复材料。目前文献报道的石墨烯/聚合物自修复材料主要有以下两类：一类是利用氧化石墨烯表面丰富的含氧基团容易形成氢键的特点构筑基于氢键的自修复材料。另一类是利用石墨烯优异的导热、导电性能和红外线响应性，把石墨烯作为添加剂加入到原有聚合物自修复材料中以提高其自修复性能。此外，也有以石墨烯为物理交联点利用石墨烯与聚合物间的物理吸附作用实现自修复的。然而，这些研究大都是制备基于石墨烯的可逆非共价键（氢键等）自修复材料或者仅仅将石墨烯作为添加剂引入原有自修复体系中，所得材料中石墨烯片层的分散性能较差，材料的结构稳定性不好，难以满足长期使用的要求。如果在复合材料中石墨烯与聚合物基体间存在共价键作用，石墨烯直接参与可逆共价键的构筑，将大大提高石墨烯的分散性能和材料的自修复性能。但是，目前还没有石墨烯作为可逆共价键的组成部分制备可逆共价键自修复材料的相关研究。

本发明公开的石墨烯/聚合物自修复材料是在聚合物交联网络中引入石墨烯并实现石墨烯直接参与可逆共价键的构筑，所得石墨烯/聚合物复合材料具有优异的力学性能和高温自修复性能，极大程度地增加材料的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有石墨烯/聚合物自修复材料中石墨烯分散不均匀，材料结构稳定性和自修复性能不够好的特点，提供一种石墨烯/聚合物自修复材料及其制备方法。

为了达到上述目的，一种石墨烯/聚合物自修复材料的制备方法，具体步骤如下：