[发明专利]一种低温快速自愈合的弹性体及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料合成领域，公开了一种低温快速自愈合的弹性体及其制备方法和应用。该低温快速自愈合的弹性体由以下方法制备得到：以3‑氨丙基甲基二乙氧基硅烷、水、1,3‑双(3‑氨基丙基)‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷为原料进行反应，得到全侧氨丙基聚硅氧烷；以八甲基环四硅氧烷、全侧氨丙基聚硅氧烷、1,3‑双(3‑氨基丙基)‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷为原料，在催化剂的作用下反应得到侧氨丙基聚硅氧烷；将侧氨丙基聚硅氧烷和铝盐分别溶解在良溶剂中，然后混合进行反应，即得到低温快速自愈合的弹性体。本发明合成的弹性体在20℃下愈合60min的愈合效率为98％以上，在‑20℃下愈合60min的愈合效率也在94％以上。

技术领域

本发明属于材料合成领域，特别涉及一种低温快速自愈合的弹性体及其制备方法和应用。

背景技术

材料在使用过程中因长时间受到化学物质、外力、光和热等作用不可避免地造成损害、创伤和断裂。微裂纹的产生不仅会降低材料的基本性能，而且严重影响材料的使用寿命。受到自然界生物能够自主愈合受伤的启发，研究人员开始设计出具有自愈合性能的材料。在过去的十多年中，自愈合材料在可穿戴电子产品、储能材料、保护涂层、医疗保健材料等方面得到广泛应用。通过将自愈合位点嵌入到合成材料中能够显著延长材料的使用寿命，降低维护成本，提高材料的使用安全性。自愈合材料根据其愈合机理可以分为以下两种：外在自愈合材料和内在自愈合材料。外在自愈合材料是指材料的愈合性能是通过外加的愈合剂实现的；而内在自愈合材料则是指材料的愈合过程依靠聚合物本身的性质。内在自愈合材料通常是利用可逆共价键的重组和非共价键的相互作用实现愈合的。

非共价相互作用在构建自愈合材料中扮演着重要的角色。常见的非共价键有氢键、金属配位键、离子键、π-π堆积等。最近几年在来，由于金属配位作用可以根据调节不同的金属离子、反抗离子以及配体与金属离子的比例来对聚合物的性能进行调节，因而受到研究人员的广泛关注。在金属配位相互作用中，配体根据与金属离子的相互作用一般分为三种：σ配体、π配体、π酸配体。σ配体，在与金属离子配位的时候提供孤对电子对，形成σ键，常见的有氨基、羟基等。π酸配体，与金属离子在形成σ键的同时也能形成反馈π键，常见的有吡啶、羰基、联吡啶、唑等。π配体，常见的有苯环等。由于π酸配体在与金属配位过程中形成σ键的同时也能形成反馈π键从而达到稳固金属配位的作用，因此利用π酸配体构建自愈合材料是近年来人们的研究热点。研究人员通过将吡啶和唑类等芳香含氮杂环引入到聚合物链上与金属离子配位来构建各种自愈合材料。但是由于金属与π酸配体的强相互作用，限制了聚合物链的运动以及愈合界面的间配体的交换，从而影响了材料的自愈合效率。而σ配体由于其较弱的相互作用，很少有报道将其运用到自愈合材料中。聚硅氧烷材料因为其特殊的结构，使得其具有较强的柔顺性、较低的玻璃化转变温度，因此常常被用作自愈合材料的基体。

目前有关金属配位的自愈合材料，大多都是研究在室温下或者高温下的自愈合行为，极大的限制了自愈合材料作为电子皮肤、导体材料等在低温环境中的应用。愈合的过程一般有以下三个影响因素：(1)界面的粘性、(2)分子链的扩散运动、(3)金属与配体的交换。在低温下，由于分子链的扩散运动以及金属与配体的交换速率受到限制，影响了愈合效率，因而很少有文献研究自愈合材料在低温下的自愈合行为。有研究人员将三种不同强度的金属配位作用引入到聚硅氧烷链中，该材料在低温下能够发生愈合过程，但是存在着愈合时间较长以及愈合效率不高的问题。

因此，我们希望将弱的金属配位作用嵌入到在聚硅氧烷链上，由此制备出一种低温高效的自愈合弹性体材料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种低温快速自愈合的弹性体的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的低温快速自愈合的弹性体。

本发明再一目的在于提供上述低温快速自愈合的弹性体在电子皮肤、导体材料、金属保护涂层、密封胶中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：