[发明专利]一种响应反馈型力致变色聚合物材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种响应反馈型力致变色聚合物材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1、将变色基团（香豆素二聚体衍生物）与自增强基团（二卤代环丙烷）并联的目标化合物单体、多元醇单体和多异氰酸酯进行共聚合，得到力致变色聚合物；S2、将力致变色聚合物、催化剂和小分子盐交联剂共混后模压成型，得到响应反馈型力致变色材料；采用该方法制备的响应反馈型力致变色聚合物材料在受力时，变色基团先发生开环而改变荧光性质作出预警，随后自增强基团经受应力而发生交联反应，最终实现材料在经受破坏性应力时变色预警的同时增强机械强度的目的，该技术路线新颖，材料实用性强，将极大地推动其在智能高分子材料、力学传感等领域的应用。

技术领域

本发明属于有机智能高分子材料技术领域，具体涉及一种响应反馈型力致变色聚合物材料及其制备方法。

背景技术

受自然生物的启发，近年来，力致变色聚合物材料（MCP）引起了广泛的研究，其在很多领域都有应用价值，比如力学传感、安全通信及人体运动监测等。这类材料在受力形变时体系的吸收光谱或荧光发射光谱会发生显著变化，可以用来显示和测定材料内部分子链所受微观应力的程度，对于材料裂纹增长过程总能量耗散分子机理的阐明具有非常重要的意义。

力致变色聚合物材料主要有两大类，即掺杂型和合成型。掺杂型力致变色聚合物材料是通过将小分子染料和诸如聚丙烯等热塑性树脂共混而成，染料分子在聚集和分散状态下呈现出完全不同的可见光吸收或荧光发射特性，因此可以用来感知基体树脂的应变量和受力程度，其力致变色特性是借助于基体聚合物分子链摩擦促使染料分子分散来实现。因此，从机理上讲此类材料只能对应变作出传感响应，而无法智能增强应力集中部位的力学性能。合成型力致变色聚合物材料是将变色基团通过化学键接入聚合物分子链中，材料受力时就可以通过分子链将力传导至该变色基团上，在变色基团上引入弱化学键是赋予材料力响应特性的基本策略。螺环、三元及四元环存在大的环张力，很容易发生开环断裂，因此常被引入到变色基团中，在受力时会优先发生断裂而改变结构本身的光学性质。相较于掺杂型力致变色聚合物材料，合成型力致变色聚合物材料在力响应灵敏度、对比度及可逆性等性质上都比较具有优势。

材料的断裂通常发生于应力集中部位。虽然目前报道的体系能够对应力集中部位作出变色响应预警，但是并不能反馈这种潜在的破坏性应力（CN202010094586.8,CN202010386897.1， CN202010139151.0）。如若材料在变色响应预警的同时，能够自发增强应力集中部位的机械强度，一方面可以指示应力集中部位的分布区域，另一方面可以通过自增强阻止裂纹的形成扩展，有利于延长结构材料的使用寿命。因此，实际应用的关键问题就在于如何通过合理的分子结构设计赋予材料本身以响应-反馈机制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种响应反馈型力致变色聚合物材料及其制备方法，该制备方法简单高效、制备的响应反馈型力致变色聚合物材料在收到应力破坏时可先后进行变色预警和智能反馈增强。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种响应反馈型力致变色聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将变色基团与自增强基团并联的目标化合物单体、多元醇单体和多异氰酸酯进行共聚合，得到力致变色聚合物；

S2、将力致变色聚合物、催化剂和小分子盐交联剂共混后模压成型，得到响应反馈型力致变色材料。

进一步地，所述目标化合物单体的化学结构式为：

式中，R₁基团为-F、-Cl、-Br、-I中的一种。

进一步地，所述目标化合物单体的摩尔含量为5%～30%，优选20 %。含量低于5 %时材料受到外部应力时虽可通过变色预警，但因交联度过低无法有效地增强机械性质；含量高于30 %时则存在交联度过大，材料出现变脆的问题。