[发明专利]一种在潮湿和受力条件下进行化学键损伤自愈的高分子材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种在潮湿和受力条件下进行化学键损伤自愈的高分子材料及其制备方法，所述高分子材料由线性高分子通过可逆键交联得到；所述可逆键包括二价金属离子‑组氨酸配位键和Fe³⁺‑多巴胺配位键；所述高分子材料未受力时，所述Fe³⁺‑多巴胺配位键中Fe³⁺的配位数为4；所述线性高分子包括软段和硬段，所述二价金属离子‑组氨酸配位键中组氨酸基团来自软段的侧基，所述Fe³⁺‑多巴胺配位键中多巴胺基团来自硬段的侧基。本发明的高分子材料能够在潮湿和受力条件下进行化学键损伤自愈，在微损伤产生初期即能进行自修复，及时消除受力时产生的微损伤，阻止其扩展，稳定材料力学强度，能够保持力学性能的长时间稳定。

技术领域

本发明涉及自修复材料技术领域，更具体地，涉及一种在潮湿和受力条件下进行化学键损伤自愈的高分子材料及其制备方法。

背景技术

近年来，高新技术的快速发展不仅大大拓宽了高分子材料的应用领域，而且也对其性能提出了越来越多的新要求。值得注意的是，高分子材料在其成型加工以及使用过程中，不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，这些缺陷往往难以检测，易于进一步扩展从而引发宏观的裂缝，显著降低产品的使用安全性和寿命。因此，赋予材料微损伤自修复能力，保持材料性能稳定，成为解决这一问题的有效手段。

自修复是动植物一种与生俱来的基本功能，能使其在遭受微损伤后可自行愈合。根据自修复策略的不同，自修复高分子材料可分为：外植型自修复高分子材料和本征型自修复高分子材料两大类。外植型自修复高分子材料需要预先将含有液态修复剂的空芯纤维或微胶囊等微容器均匀分散于基体中，当基体受到应力产生损伤时，诱导包裹修复剂的微容器破裂、释放出液态修复剂，因毛细作用流至微裂纹处，通过物理或化学作用愈合裂纹。然而，由于微容器装载修复剂量有限，耗尽后无法补充，因此当材料修复后同一部位再次遭受损伤时，难以实现多次修复。本征型自修复高分子材料不需要预先添加修复剂，只需在高分子链上引入具有可逆相互作用的结合键，即可通过断键再接从而实现损伤的自修复，原则上能反复修复同一受损部位。显然，本征型自修复高分子材料更有研究和发展价值。

但是，至今为止，公开报道的自修复高分子材料都是在宏观损伤出现(如表面裂纹)或者材料整体断裂发生后才发挥其自修复效用，尚未见在微损伤产生初期即能进行自修复的案例。可见，现有的本征型自修复高分子材料无法保持力学性能的长时间稳定，尤其是潮湿环境。

因此，需要开发出能够保持力学性能长时间稳定的本征型自修复高分子材料。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的无法保持力学性能的长时间稳定的缺陷，提供一种在潮湿和受力条件下进行化学键损伤自愈的高分子材料，提供的高分子材料能够在潮湿和受力条件下进行化学键损伤自愈，在微损伤产生初期即能进行自修复，及时消除受力时产生的微损伤，表现出稳定的力学强度，能够保持力学性能的长时间稳定。

本发明的另一目的在于提供一种上述高分子材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种在潮湿和受力条件下进行化学键损伤自愈的高分子材料，由线性高分子通过可逆键交联得到；

所述可逆键包括二价金属离子-组氨酸配位键和Fe³⁺-多巴胺配位键；所述高分子材料未受力时，所述Fe³⁺-多巴胺配位键中Fe³⁺的配位数为4；

所述线性高分子包括软段和硬段，所述二价金属离子-组氨酸配位键中组氨酸基团来自软段的侧基，所述Fe³⁺-多巴胺配位键中多巴胺基团来自硬段的侧基。

一般地，所述二价金属离子-组氨酸配位键中，二价金属离子的配位数为4。

优选地，所述高分子材料为交联聚氨酯，所述线性高分子为线性聚氨酯；