[发明专利]一种可自修复循环加工成型的聚(两性电解质-三嗪)/石英砂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可自修复循环加工成型的聚(两性电解质‑三嗪)/石英砂复合材料的制备方法，采用一锅法将带正电荷单元DAC、带负电荷单元NaSS、三嗪单元VDT、化学交联剂和光引发剂均匀混合，在紫外光照条件下引发聚合得到P(NaSS‑co‑DAC‑co‑VDT)复合凝胶，与石英砂共混后得到可自修复循环加工成型的聚(两性电解质‑三嗪)/石英砂复合材料。该聚(两性电解质‑三嗪)/石英砂复合材料在吸水和固化的循环过程中，其压缩强度和模量可跨越几个数量级的变化，固化后的复合材料具有自修复性，并且可以循环加工成型多次。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种可自修复循环加工成型的聚(两性电解质-三嗪)/石英砂复合材料的制备方法。

背景技术

通常来讲，牢固的粘合既需要界面处的强非共价相互作用，又需要主体材料高韧性。热固性的胶黏剂材料的粘结强度高，但多为一次性成型，并且热固性的胶黏材料通常耐水性能差，因此适用范围极为有限。众所周知，水分子会极大的削弱界面分子之间的相互作用，对于胶黏材料来说，可以在水中实现牢固的胶粘效果是一个巨大的挑战。

水凝胶是一种理想的胶黏材料。Gong课题组[H Fan,Wang J,Gong J P.BarnacleCement Proteins-Inspired Tough Hydrogels with Robust,Long-Lasting,andRepeatable Underwater Adhesion[J].Advanced Functional Materials,2020,2009334.]设计了一种具有芳香组分的阳离子和带芳环单元水凝胶。通过优化单体之间的比例来平衡聚合物链间的静电斥力和疏水相互作用以及阳离子-带芳环π相互作用，制备出的水凝胶表现出了优异的性能。由于链间带芳环π-π和阳离子-带芳环π相互作用增强了凝胶的韧性和内聚强度(高σ_c)。芳香族基团可以打破表面的水化层，从而提供一个介电常数较低的内部区域，增强相邻阳离子基团之间的静电相互作用。在水中，水凝胶通过界面静电和疏水相互作用(粘附强度为180kPa)牢固地粘附，但是无机基材如多类型的石英砂多带羟基有些电负性不强，仅依赖静电相互作用的粘附使此凝胶的应用受到限制。Zeng等[ZhangJ W,Xiang L,Yan B,Zeng H B.Nanomechanics of Anion-πInteraction in AqueousSolution.[J].Journal of the American Chemical Society,2020,142,1710-1714.]设计了一种具有互补计算模拟的表面力装置，对水溶液中阴离子-带芳环π相互作用的纳米力学进行了首次实验鉴定和直接定量。该方法使用海洋生物粘合剂中大量存在的阴离子磷酸酯和带芳环π-共轭的小环部分作为模型系统。在该体系中，检测到了强而可逆的湿粘附，阴离子磷酸酯和带芳环π共轭聚(邻苯二酚)部分之间的阴离子-带芳环π相互作用是主要贡献者。阴离子-带芳环π相互作用强度遵循磷酸酯HPO₄^2-SO₄^2-NO₃^-的趋势，受电荷密度，极性和水合效应的影响，但是这类阴离子-带芳环π相互作用粘接无机基材如多类型的石英砂不能提供贡献。

本申请发明人在研究过程中，意外发现一种胶黏体系，能够与石英材料产生良好的粘附效果，且在吸水和固化的循环过程中，压缩强度和模量跨越几个数量级的变化。将其与石英砂材料进行复合，具有特殊的性能，能够用于软陶等工艺材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、易于操作、原料易得、成本较低且具有优异可自修复循环加工成型的聚(两性电解质-三嗪)/石英砂复合材料的制备方法。

技术方案的具体步骤如下：

一种可自修复循环加工成型的聚(两性电解质-三嗪)/石英砂复合材料的制备方法，具体步骤如下：