[发明专利]一种三维网络结构的自愈合弹性体的制备方法与应用

说明书

本发明属于自修复弹性体技术领域，具体涉及一种三维网络结构的自愈合弹性体的制备方法与应用，含有多重动态可逆共价键和氢键相互作用。本发明通过对分子改性，在聚合物链中引入二硫键与亚胺键这两类动态可逆共价键改善自愈合能力；其结构中的脲键实现化学交联且脲键之间可以形成大量的氢键物理交联点，提高力学性能与自修复能力，可通过调节交联密度使力学性能和自修复能力更好地匹配；将其结合锂盐制备的三维网络结构的自愈合导电弹性体，可进一步用于固态离子传感器，避免了传统离子导体如水凝胶和离子凝胶的液体成分泄露和蒸发问题，拓展了应用领域。且本发明易于工业化生产。

技术领域

本发明属于自修复弹性体技术领域，具体涉及一种三维网络结构的自愈合弹性体的制备方法与应用，含有多重动态可逆共价键和氢键相互作用。

背景技术

聚硅氧烷基弹性体具有良好的柔顺性、热稳定性、耐候性、疏水性等，其物理化学性质使得其在人造皮肤、智能传感以及柔性电子等众多领域中发挥着十分重要的作用。但是，在其长期的使用过程中，不可避免地会受到物理和化学损伤从而降低使用寿命，造成不可低估的损失。为此，一些研究者致力于引入或改善聚硅氧烷弹性体的自修复能力。

根据自修复机制，自修复的类型可分为两类：(1)外援型，即将装有修复剂的微胶囊、微脉管、空心纤维等植入材料内部，当材料受到损伤时，微胶囊、微脉管、空心纤维中的修复剂释放出来，从而实现“伤口”的愈合；(2)本征型，包括基于动态可逆共价键(如二硫键、亚胺键、硼酸酯键、Diels-Alder反应、酰腙键等)的自修复材料和基于动态可逆非共价键(氢键、离子相互作用、π-π相互作用、金属配位相互作用等)的自修复材料，一般在外界条件(如光、热、pH等)辅助下实现自修复。相比而言，外援型自修复材料的设计与制备更困难，修复次数有限，并且修复剂原来的位置会形成新的缺陷，经济效益差；本征型自修复材料可实现同一位置多次自修复，并且不需要额外构建外加物质的网络，生产加工相对简单，具有更高的经济效益性和实用性。

随着动态化学的快速发展，动态可逆共价键在自修复材料领域的应用愈发广泛。其中二硫键与亚胺键格外引人注目，二硫键在受到外力损伤时，相邻的二硫键能发生动态链交换反应，使聚合物具有修复能力；亚胺键由胺与醛的缩合反应形成，在一定温度下会被激发出动态可逆交换反应，使材料实现自愈合过程。大多数以二硫键或亚胺键为修复单元的自修复材料可在相对较低的温度下实现90％以上的修复效率，然而，这类材料常常因其具有线型结构、缺乏化学交联点导致力学性能较差。另外，大部分具有三维网络结构的自修复弹性体，力学强度得到提高，但其修复单元单一并且聚合物链的柔顺性大大降低，导致其修复条件苛刻或修复效率不高。多数自修复弹性体通常难以更灵活的兼顾材料强度、韧性和自修复性能。因此，如何制备一种力学性能和自修复能力兼优的弹性体材料仍是当前所面临的一个严峻挑战，是亟需研究者们攻克的一个难点。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有线型自愈合弹性体力学性能较弱或三维网络结构的弹性体修复条件苛刻以及自修复效果不佳的问题，本发明提供了一种三维网络结构的自愈合弹性体的制备方法与应用，通过构建多重动态可逆共价键以及氢键相互作用的三维网络结构的自愈合弹性体，以在较为温和的条件下引入动态可逆的二硫键、亚胺键得到氨基封端的预聚物，加入多异氰酸酯固化剂，在较低温度下经快速固化成型得到具有三维网络结构的弹性体材料。该弹性体通过形成脲键化学交联点得到三维网络结构，让力学性能得到了提升并且具有良好的自修复能力。

一种三维网络结构的自愈合弹性体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，A、B两种溶液和预聚物Ⅰ的制备；

将400～700质量份氨基封端线型聚硅氧烷溶于1000～1500质量份无水级有机溶剂，得A溶液。

将5～20质量份二醛化合物溶于50～200质量份无水级有机溶剂，得B溶液。