[发明专利]一种基于席夫碱的植物油基自修复聚合物及其制备方法和应用

说明书

一种基于席夫碱的植物油基自修复聚合物及其制备方法和应用，此植物油基自修复聚合物以天然可再生的植物油酯为原料制备而成，所述植物油基自修复聚合物是通过动态共价键席夫碱键聚合交联而成。由于胺基与醛基在常温下即可形成席夫碱键，因此本发明制备的自修复聚合物固化温度低，再加工性能好且温度较低，在较为温和的条件即可对聚合物实现高的自修复效率；可通过调节席夫碱键含量来调控聚合物的交联密度，进而可对聚合物的机械性能进行可控制备；此外，由于席夫碱键的动态交换特性，使得聚合物具有热适性形状记忆功能。本发明制备工艺简单，相对成本较低，绿色且可持续。

技术领域

本发明属于聚合物材料制备技术领域，具体是一种基于席夫碱的植物油基自修复聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

自然界中的生物在受到损伤后能够进行自我诊断、自我修复，而人工合成的材料并不具备这种功能。鉴于此，在20世纪80年代由美国军方首先提出了自修复材料的概念。自修复材料是指在材料受损时能够进行自我诊断、自我修复的一类新型智能材料。自修复材料由于在材料受损后能够自动恢复材料的力学性能，消除材料在使用过程中的安全隐患，从而可以有效地延长材料的使用寿命、提高材料安全性以及减少废弃物的产生，在航空、军工、电子、建筑以及工程等领域中有着重要应用而受到广泛关注。

目前，基于动态可逆键的自修复聚合物材料已有报道。例如现有技术CN110423334A中公开了一种基于酯键交联的全生物基聚合物材料，该材料可进行裂痕自愈合、再加工和形状记忆；然而，由于酯键的活化能较高，材料的自愈合和再加工需要催化剂催化和较高的温度180~200℃。本发明选用的席夫碱键是一种具有高活性的可逆共价键，其活化能(Ea)在33.5~129 kJ mol⁻¹的范围内，可在无催化剂的情况下在温和温度实现多种动态特性（例如缩合/水解，键交换和复分解过程）。此外，由于动态键的交换可以引发聚合物拓扑网络结构的重排，使得聚合物具有热适性形状记忆功能。因此，以席夫碱键为交联网络的聚合物可以在较为的温和的条件下实现裂纹自修复、再加工、循环回收利用和形状记忆。

目前绝大部分的自修复聚合物材料的开发都是基于石化基化学品为原料，出于绿色环保的考虑，使用天然可再生、无毒的生物质原料来制备自修复聚合物材料具有重要意义，同时，开发植物油基自修复聚合物材料不仅符合可持续发展的理念，且提高了植物油的附加值，为植物油的精细化、功能化的利用拓宽了途径。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种基于席夫碱的植物油基自修复聚合物及其制备方法和应用，以天然可再生的植物油为原料，制得集自愈合、可再加工和循环回收利用、形状记忆的多功能植物油基聚合物。

技术方案：基于席夫碱的植物油基自修复聚合物的制备方法，包括以下步骤：（1）植物油基多元胺的合成：将植物油、巯基乙胺盐酸盐、催化剂加入反应容器中，所述植物油中的双键与巯基乙胺盐酸盐中的巯基的摩尔比为1：（1-12）；所述催化剂为偶氮二异丁腈、光引发剂UV1173或异丙基噻吨酮，催化剂用量为双键摩尔量的0.5~5%，在15~2000W紫外光照射下反应0.5~48小时或在50~80℃下反应2~24小时，加入去离子水除去未反应的巯基乙胺盐酸盐，收集有机相，将有机相加入3 wt.% NaOH溶液中搅拌均匀，收集有机相，用去离子水洗涤2~4次，收集有机相，旋蒸除去水分，即得到植物油基多元胺；（2）基于席夫碱的植物油基自修复聚合物的制备：在室温下，将制备的植物油基多元胺和多元醛基化合物溶解在有机溶剂中，植物油基多元胺与多元醛基化合物的质量比为3:（0.1-2），充分搅拌，待完全溶解后并脱泡，然后倒入聚四氟乙烯模具中，在室温~100℃下放置4~48小时以挥发溶剂，然后继续在真空条件下放置12~24小时以除去痕量的溶剂，即可制得基于席夫碱的植物油基自修复聚合物。

步骤（1）中，所述植物油为桐油、蓖麻油、大豆油、橄榄油、花生油、棕榈油、米糠油、棉籽油、葵花籽油、火麻油或橡胶籽油；所述植物油中的双键与巯基乙胺盐酸盐中的巯基的摩尔比为1：10；所述催化剂用量为双键摩尔量的1%。