[发明专利]一种紫外光自愈合聚脲材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种紫外光自愈合聚脲材料，由金属离子与配体聚脲通过配位键复合而成；所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、甲苯‑2,6‑二异氰酸酯中的一种；所述聚脲由原料单体偶氮二吡啶二胺、二异氰酸酯及六亚甲基二异氰酸酯三聚体聚合而成；偶氮二吡啶二胺、二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体的用量摩尔比为1:(0.85‑1):(0‑0.1)。所述聚脲中的偶氮二吡啶单元与金属离子的摩尔用量比例为1:(0.1‑1)。本发明提供的自愈合聚脲材料在受到损伤后，先用波长340‑380nm紫外光照射聚脲材料1‑180min，然后用波长420‑460nm光照射0‑30min，即实现自愈合，愈合效率接近100％。

技术领域

本发明涉及自修复材料技术领域，尤其是一种基于偶氮吡啶结构的紫外光自愈合聚脲材料及其制备方法。

背景技术

目前，高分子材料广泛应用于国民生产的各行各业。尤其在我们的日常生活中，高分子材料更是与我们的生活密不可分，渗透于我们衣食住行等方方面面。在日常的使用和加工过程中，聚合物及其复合材料容易受到机械、化学、热、紫外线辐射等因素的影响，不可避免的会对聚合物及其复合材料造成微观裂纹或宏观断裂等结构损伤。这些结构损伤可能会影响器件灵敏度、响应等性能，甚至损坏器件，从而缩短其使用年限，还可能造成一定程度的安全隐患。针对聚合物及其复合材料所存在的缺陷和隐患，具有自修复性能的聚合物及其复合材料的研究制备越发重要。自修复聚合物复合材料通过不同的修复机理，可在外界环境帮助下或自身内部作用下实现对材料内部的微小裂纹等损伤的修复，实现在损伤后恢复其机械强度、导电性、断裂韧性、耐腐蚀性等基本性能。通过赋予材料自修复特性，极大的提高了材料的使用寿命和可靠性，降低了器件的使用成本，减小了其安全隐患的发生，具有广阔的应用前景。因此，制备具有自修复特性的聚合物及其复合材料对信息化和智能化的发展建设具有重大的意义。

自愈合材料根据其刺激响应性分为热响应自愈合材料、光响应自愈合材料、湿度响应自愈合材料、pH响应自愈合材料等，其中热响应自愈合材料研究最为广泛。但热响应自愈合材料存在以下缺陷：不能进行远程控制；不能进行即时控制；不能精准控制加热范围。在太空、电子器件、水下、低温等领域，热响应自愈合材料的应用受到很大限制。光响应自愈合材料可以实现远程控制，精确定位，瞬时开关等优点，可以轻松解决以上问题，现在受到越来越多的研究者的关注。

现有已报道的光响应自愈合材料主要集中在光响应的可逆化学键的自愈合材料，比如光可逆的肉桂酸的环加成反应，光可逆的蒽的环加成反应和光可逆的香豆素的环加成反应等，但光响应可逆化学键的自愈合材料的自愈合效率一般较低(80％)，而且随着自愈合次数的增加，自愈合效率明显降低，可循环性能较差差；现有报道的光响应的非共价键自愈合材料，主要集中在光热转换自愈合材料，比如S.J.Rowan在2011年发表的Nature中，材料通过吸收紫外光，表面温度升高到近200℃，实现了材料的自愈合，实际上是光引发的热自愈合。

本发明人在先申请的专利CN110577638A公开了一种紫外光自愈合聚酰胺材料，利用偶氮吡啶和金属离子生成的金属配位键，在紫外光照射条件下实现可逆断裂，实现了材料的紫外光响应自修复过程。但是该材料由于没有交联结构，力学强度较低，其拉伸强度仅为0.3MPa，限制了它的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有自愈合材料存在的自愈合效果低，力学强度低的问题，提供一种一种紫外光自愈合聚脲材料。

本发明的另一个目的是提供一种紫外光自愈合聚脲材料的制备方法。

本发明提供的紫外光自愈合聚脲材料，由金属离子与配体聚脲通过配位键复合而成，是一种聚脲复合材料。所述聚脲中的偶氮二吡啶单元与金属离子的摩尔用量比例为1：(0.1-1)。

所述金属离子由金属盐提供，金属盐为二氯化锌、二氯化铜、氯化铁、硫酸铜、硫酸锌、硫酸铁、三氟甲磺酸锌、三氟甲磺酸铜、三氟甲磺酸铁、氯化铽中的一种。