[发明专利]一种以天然产物为原料合成室温自修复弹性体的方法

说明书

一种以天然产物为原料合成室温自修复弹性体的方法，属于聚合物材料技术领域。本发明首先在脂肪酶的催化下，利用过氧化氢将脂肪酸环氧化得到脂肪酸环氧化物；然后，脂肪酸环氧化物在高温下发生聚合，得到脂肪酸聚合物；再利用具有金属配位能力的氨基酸对脂肪酸聚合物进行修饰，加入过渡金属与氨基酸配体作用，从而得到室温自修复弹性体材料。本发明使用的原料来自天然产物，材料来源丰富，制备工艺简单，所制备的自修复弹性体机械性能可控，具有快速修复机械损伤的能力，完全断裂的材料在室温下接触10s便可恢复59％的断裂强度，并且可以在1h内实现完全修复。本发明展现了利用可再生自然资源制备自修复弹性体的可行性及优越性。

技术领域

本发明属于聚合物材料技术领域，具体涉及一种以天然产物为原料合成室温自修复弹性体的方法。

背景技术

弹性体材料是一种非常重要的商业化材料，因为其优越的柔韧性和弹性在服装、涂层、轮胎以及电子器件等领域存在广泛应用。然而在材料的使用过程中，弹性体的老化以及机械损伤等往往会导致潜在的安全问题、过多的原材料浪费以及环境污染问题(Journalof Materials Chemistry A 2018,6,13607-13612.)。受自然界生物体启发，可以修复结构和功能损伤的自修复材料受到了人们的广泛关注。从修复机理来分，材料的修复方式可以分为以下两种，第一种称为外源型修复，通常是利用预先包埋在材料内部的微胶囊或管道负载修复试剂，当材料受损时，这些微胶囊或者管道便会释放出修复试剂对材料进行修复；第二种称为本征型修复，通常是通过材料中可逆共价键以及超分子作用力(如氢键、配位键以及主客体相互作用等)的重排来实现修复过程(Chemical Society Reviews 2013,42,7446-7467)。相较于外源型修复，本征型修复更适合于构建自修复弹性体材料，这种方式可以赋予材料多次修复及可回收性质，更有利于材料的实际应用。

尽管在材料的构建及应用方面取得了较大的成功，目前现存的多数自修复弹性体材料多由石油化工产品构筑。为构建可持续发展及环境友好型社会，科学家们开始致力于在天然产物领域寻找石油化工类自修复弹性体材料的替代品。此前，有基于呋喃、纤维素以及蛋白质等天然产物的自修复弹性体材料被陆续报道(Macromolecules 2013,46,1794-1802.Angewandte Chemie-International Edition 2014,53,9343-9346)。但是，这些材料往往是机械性能较弱的水凝胶材料或者在修复过程要求额外的刺激，如加热或者需要溶剂的介入。因此，利用天然产物制备具有优异的机械性能并且可以进行快速有效的室温修复的弹性体材料依然是一种巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术上的缺陷或改进需求，本发明提供了一种以天然产物为原料合成室温自修复弹性体的方法。其目的在于通过选择合适的原料，解决目前自修复弹性体多数以石油化工产品为原料，制备过程容易产生污染等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种以天然产物为原料合成室温自修复弹性体的方法，包括以下步骤：

(1)将脂肪酸溶于甲苯中，在脂肪酶的催化下，加入环氧化试剂过氧化氢进行环氧化反应，反应温度为20～50℃，反应时间为6～12小时；反应结束后，将反应混合液过滤，除去脂肪酶颗粒，将滤液以去离子水洗涤后，旋蒸脱除溶剂，即可得到脂肪酸环氧化物；

(2)将步骤(1)得到脂肪酸环氧化物在催化剂乙酰丙酮铬的催化下聚合，聚合温度为120～170℃，聚合时间为5～10小时，得到脂肪酸聚合物；

(3)将步骤(2)得到的脂肪酸聚合物溶于二氯甲烷，加入具有配位能力的氨基酸配体分子，在活化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和催化剂4-二甲氨基吡啶的催化下，通过羟基与羧基之间的酯化反应将氨基酸配体分子接枝到脂肪酸聚合物主链，在室温下反应12～24小时；反应结束后将反应液进行反复洗涤，得到氨基酸修饰的脂肪酸聚合物；