[发明专利]一种高交联度拓扑结构自修复弹性体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及弹性材料技术领域，尤其涉及一种高交联度拓扑结构自修复弹性体及其制备方法与应用。本发明提供了一种自修复弹性体，其中，包合物中的客体分子与共聚单体通过聚合形成了聚合物长链，形成了环糊精穿套在聚合物主链上的类似轮烷结构；又由于环糊精之间为多聚体结构，聚合长链之间通过环糊精被彼此交联在一起，形成了超高交联度拓扑结构，这种超高的交联度增加了材料的强度。聚合物长链上的环糊精分子能够在聚合物分子链段上进行滑移，这样在受到外力时，能够通过滑移耗散能量，使得材料具有较好的形变能力和可逆恢复特性。与此同时，聚合物共聚单元之间强烈的可逆相互作用可使材料发生自主愈合，无需外界刺激，在室温即可实现。

技术领域

本发明涉及弹性材料技术领域，尤其涉及一种高交联度拓扑结构自修复弹性体及其制备方法与应用。

背景技术

弹性体材料具有可逆的形变能力和超弹性，这种优异的力学性能使得弹性体材料被视为软体机器人，电缆护套绝缘材料、汽车、飞机、最有用的材料之一。而具有一定自愈合能力的弹性体材料能极大的满足未来产品的智能化需求。原则上来讲对于用作弹性体的聚合物材料一定是柔软的，即分子链的运动性较好。因此向交联的硬质聚合物中加入增塑剂或者直接制备具有较低玻璃化转变温度的聚合物是制备弹性体的典型方法。然而这些方法通常无法解决强度和变形性之间的固有矛盾，也就是说，弹性体往往不能同时提高机械强度和高可拉伸性。开发同时实现高强度和高形变能力的新型弹性体是一项具有挑战性的任务。

发明内容

本发明提供了一种高交联度拓扑结构自修复弹性体及其制备方法与应用，解决了现有的弹性体往往不能同时提高机械强度和可拉伸性的问题。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种弹性体，包括：聚合物和包合穿套在所述聚合物上的主体分子；

所述主体分子可在所述聚合物分子链段上滑动；

所述聚合物由与所述主体分子包合的客体分子与共聚单体聚合得到；

所述主体分子为多聚环糊精；

所述聚合物的分子链以所述多聚环糊精中的环糊精为节点形成网状拓扑结构。

本发明中，所述弹性体拉伸强度大于2MPa，断裂伸长率100％，外力撤除后长度可复原90％以上，既不会溶解于任何溶剂，也不会在任何温度下热熔融；吸水率小于30％。

本发明中，环糊精与客体分子形成的包合物可作为超分子交联点，通过客体分子与共聚单体的聚合形成了聚合物长链，形成了环糊精穿套在聚合物主链上的类似轮烷结构；又由于环糊精之间为多聚体结构，因此聚合长链之间通过环糊精被彼此交联在一起；在其交联结构中，以环糊精基团为节点形成了网状拓扑结构，每个节点都有多条线路与其他节点相连，形成了超高交联度拓扑结构，这种超高的交联度起到了增加材料的强度的作用。而且，环糊精与客体所形成的超分子单体由于彼此之间的空间位阻作用，在聚合时很难形成连续的超分子基元链段，而是倾向形成超分子基元间间隔数个共聚链段的无规共聚结构，此结构导致聚合物长链上的环糊精分子能够在聚合物分子链段上进行滑移，并通过滑移耗散能量，因此材料同时表现出优异的变形能力。

本发明提供的超高交联度拓扑结构的弹性体可以在室温下自主愈合，无需外界刺激。

本发明中，所述弹性体中的所述客体分子为可发生自由基聚合或缩合聚合的小分子单体，具体包括异戊二烯、丁二烯、己二烯、葵二烯和胆酸二胺中的一种或多种。

本发明中，所述共聚单体为可与客体分子发生自由基聚合或缩合聚合，形成的共聚链段之间具有可逆的物理相互作用的化合物。所述物理相互作用包括但不限于氢键，如分子间氢键，多重氢键，可逆共价键，亲疏水相互作用。

所述共聚单体具体包括甲基丙烯酸羟乙酯、N-丙烯酰基甘氨酰胺和聚丙二醇二碳酸二叔丁酯中的一种或多种。