[发明专利]一种自修复材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种自修复材料及其制备方法，自修复材料以甲基丙烯酸二甲氨乙酯和/或N,N‑二甲基丙烯酰胺作为碱性单体生成，并通过调整甲基丙烯酸二甲氨乙酯和N,N‑二甲基丙烯酰胺的用量调节溶液pH。该发明材料的自修复能力和机械性能可调，使用新的普适性的构筑方法来形成硼酯键，扩展这种自修复材料的类型；材料的机械性能和自修复性能大大提高；制备方法简单，步骤少，时间短，制作成本低；使用的主要原料甲基丙烯酸二甲氨乙酯和N,N‑二甲基丙烯酰胺工业应用广泛，成本低廉，环境友好，安全性高。

技术领域

本发明涉及电子元器件用非金属功能材料制造技术，尤其涉及一种自修复材料及其制备方法。

背景技术

自修复材料可以显著减少材料消耗和环境的不利影响，成为新型软材料领域的研究热点。自修复材料的自修复性能使其在传感器、制动器、药物输送、组织工程和医学工程等领域具有广阔的应用前景。科学家们利用非共价键(氢键、离子键等)的相互作用，制备了可自愈合的材料，但是非共价键的键能低，由非共价键相互作用形成的材料不稳定、机械性能差。基于Diels-Alder(DA)，亚胺型键(亚胺，酰腙，腙等)，烯烃复分解，自由基重组，硅氧烷平衡，双硫键的动态共价键已被用于制造自修复材料。在自修复材料的广泛应用的推动下，对新型动态共价键的追求从未停止过。硼酸酯键是一种室温下动态可逆的共价键，硼酸酯键的动态的解离和重新形成赋予了材料自修复性能。

在制备基于动态可逆的硼酯键的室温下可自愈合的自修复材料时，硼酯键的形成需要在碱性环境下，通常通过KOH、氨水、三乙胺等碱性调节剂进行调节pH，使pH≥9。自修复材料的自修复性能是基于室温下动态可逆的硼酯键，由于碱性调节剂的加入，会阻碍自修复材料的网络结构中的硼酯键的动态的解离和重新形成，抑制硼酸的移动，进而影响自修复材料自修复性能。同时由于碱性调节剂的加入仅有pH调节的作用,导致材料的机械性能的降低，不能适用于机械强度高的环境。

现有技术缺点：

1、硼酸与1,2-或1,3-二醇之间形成硼酸酯键，通常使用聚乙烯醇类物质，但是硼酸对聚乙烯醇非常敏感，接触后迅速凝胶，形成的水凝胶机械强度低(＜0.12MPa)。

2、通过接枝的方法将其他含有羟基的单体进行接枝，形成侧链含有羟基的聚合物，方法步骤繁杂，反应时间久，机械性能差，修复时间长。

3、合成动态可逆的硼酯键的pH≥9，需要加入碱性调节剂如KOH、氨水、三乙胺等调节溶液的pH，碱性调节剂的加入，会阻碍自修复材料的网络结构中的硼酯键的动态的解离和重新形成，抑制硼酸的移动，影响自修复材料的机械性能和自修复性能。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的技术问题，本发明引入两种碱性单体参与反应，通过用量智能的调控pH，一步法合成基于动态硼酯键的机械性能和自修复性能优异的自修复材料：自修复材料原料包括：含有C＝C双键和提供N原子上孤电子对的结构碱性单体，并通过调节碱性单体的用量调节溶液pH，所述pH≥9。

优选的，所述碱性单体选自：甲基丙烯酸二甲氨乙酯，N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或两种。

优选的，自修复材料原料还包括：水，含羟基的亲水性单体，1,4-苯二硼酸，光引发剂。

调控甲基丙烯酸二甲氨乙酯和N,N-二甲基丙烯酰胺两种碱性单体的用量调节pH。作为主要组分，并引入N-羟甲基丙烯酰胺，通过添加物的用量可调节水凝胶自修复能力和机械性能。

1,4-苯二硼酸不溶于N,N-二甲基丙烯酰胺溶液，引入N-羟甲基丙烯酰胺这类亲水性单体使1,4-苯二硼酸完全溶解于N,N-二甲基丙烯酰胺溶液。

甲基丙烯酸二甲氨乙酯、N,N-二甲基丙烯酰胺分别和N-羟甲基丙烯酰胺通过碳碳双键形成链段含有多个羟基的无规共聚物，含羟基的侧链与1,4-苯二硼酸反应形成硼酯键。