基于多重氢键的自修复材料的制备与性能调控
发布时间：2021-03-24 21:41
自修复材料作为一种智能材料,其在受到外部刺激破坏后可自行修复,恢复至原始属性,因这一独特性能,其受到广泛关注与研究。氢键作为一种弱相互作用,常被用于自修复水凝胶的构筑,但单一氢键的能量相对较低,以其为作用力得到的水凝胶的力学性能和自修复性能均较弱;而多重氢键作用可以有效改善材料的这些问题。目前,对基于氢键的自修复材料的研究主要集中在对水凝胶的研究,对基于多重氢键的水凝胶的研究相对较少,更未将其应用于弹性体。因此,本文通过在聚氨酯弹性体中引入多重氢键,对其性能进行研究并调控,以期得到所需的复合聚氨酯弹性体。为制备具有自修复性能的聚氨酯复合弹性体,首先利用丙烯酰氯与甘氨酰胺盐酸盐制备得到具有双酰胺基团的丙烯酰基甘氨酰胺（NAGA）,该单体可形成多重氢键。利用核磁及红外测试对NAGA的结构进行表征,表明NAGA制备成功。再以聚二醇为软段、MDI与IPDI为硬段,制备得到聚氨酯（PU）弹性体,改变聚二醇的分子量及MDI/IPDI的摩尔比,制备不同结构与性能的PU弹性体;最后将NAGA分散于聚氨酯基体中,通过光引发原位聚合制备得到PNAGA/PU复合弹性体。利用傅里叶红外（FT-IR）测试对PU...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自修复材料根据物质构成的分类Figure1-1Theclassificationofself-healingmaterials
体或分散在基体中的物质作用，从而填充或连接裂缝或基体胎质，从而达到自修复的目的。2001年，White[13]等人首先报道了一种外援型自修复材料，其主要是通过将双环戊二烯(DCPD)包埋在微胶囊中，并将Grubbs催化剂嵌入基体中制备得到的。在微胶囊受到破坏后，修复剂释放并侵入裂缝，与嵌入的催化剂接触，在催化剂的作用下，修复剂单体聚合，从而使聚合物修复。由实验可知，该修复材料的修复效率可达75%，该方法可用于脆性材料系统(如陶瓷，玻璃等)。由于修复剂与基体性质的差异，外援型自修复材料的修复效率可达100%以上。图1-2包含封装的愈合剂和催化剂颗粒的环氧树脂基体的修复机制；(a)破坏使基体产生裂缝；(b)微胶囊破裂，液体修复剂释放至裂纹面；(c)修复剂与嵌入的催化剂接触后聚合，裂纹闭合[12]Figure1-2Autonomichealingmechanismincorporatingencapsulatedhealingagentandembeddedcatalystparticlesinanepoxymatrix;(a)damageeventcausescrackformationinthematrix;(b)crackrupturesthemicrocapsules,releasingliquidhealingagentintocrackplane;(c)healingagentpolymerizesuponcontactwithembeddedcatalyst,bondingcrackclosed.
江南大学硕士学位论文4图1-3自修复涂料的修复程序示意图：(a)含有微囊化催化剂(黄色)与相分离修复剂滴(蓝色)的自修复涂层(浅橙色)位于金属基底(灰色)上；(b)涂层损坏后释放催化剂(绿色)及修复剂(蓝色)；(c)修复剂及催化剂在损伤部位混合；(d)PDMS在破损处交联，保护基材免受环境影响。Figure1-3Schematicofself-healingprocess:a)self-healingcoatingcontainingmicroencapsulatedcatalyst(yellow)andphase-separatedhealing-agentdroplets(blue)inamatrix(lightorange)onametallicsubstrate(grey);b)damagetothecoatinglayerreleasescatalyst(green)andhealingagent(blue);c)mixingofhealingagentandcatalystinthedamagedregion;d)damagehealedbycross-linkedPDMS,protectingthesubstratefromtheenvironment[16].1.4本征型自修复与外援型自修复材料相比，本征型自修复材料依靠体系自身存在的可逆作用实现自修复性能的构筑，从而避免了因引入不同组分而造成的相分离，且由于可逆作用的可重复性，本征型自修复材料可多次修复而不对修复效率产生较大影响。一般情况下，对于自修复材料而言，其修复需要损伤部位在外部挤压、溶液浸泡或加热软化下实现充分接触，而相互接触的受损部位则可通过可逆作用完成聚合网络重建，进而使性能修复[4]。由于本征型自修复材料的修复特性，其自修复性能的完成包括宏观和微观两个层面，即其不仅要实现微观聚合物网络的重建，还要使其机械损伤得到修复，为此，则需物理形态的修复与可逆作用的进行在时间与空间上协调作用[1]。就自修复材料的损伤-修复流程来说，材料在受到外部刺激时，分子链发生迁移或受到破坏而解离，暴露出活性基团，活性基团根据自身活性强弱将会在空气中形成稳定的氧化物或自发重组。因此，
【参考文献】：
期刊论文
[1]Conductive,Stretchable,and Self-healing Ionic Gel Based on Dynamic Covalent Bonds and Electrostatic Interaction[J]. Yi Sun,Yong-Yuan Ren,Qi Li,Rong-Wei Shi,Yin Hu,Jiang-Na Guo,Zhe Sun,Feng Yan. Chinese Journal of Polymer Science. 2019(11)
[2]动态共价化学的研究进展[J]. 张潇月,朴文香. 科学技术创新. 2019(19)
[3]基于超分子聚合物的自修复材料[J]. 侯瑞,李桂群,张岩,李明俊,周桂明,柴晓明. 化学进展. 2019(05)
[4]黏土基纳米复合水凝胶[J]. 杜娟,徐世美,王吉德. 化学教育. 2015(12)
[5]基于动态共价键的可自愈合聚合物凝胶[J]. 张云飞,邓国华. 化工进展. 2012(10)
本文编号：3098443
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自修复材料根据物质构成的分类Figure1-1Theclassificationofself-healingmaterials
体或分散在基体中的物质作用，从而填充或连接裂缝或基体胎质，从而达到自修复的目的。2001年，White[13]等人首先报道了一种外援型自修复材料，其主要是通过将双环戊二烯(DCPD)包埋在微胶囊中，并将Grubbs催化剂嵌入基体中制备得到的。在微胶囊受到破坏后，修复剂释放并侵入裂缝，与嵌入的催化剂接触，在催化剂的作用下，修复剂单体聚合，从而使聚合物修复。由实验可知，该修复材料的修复效率可达75%，该方法可用于脆性材料系统(如陶瓷，玻璃等)。由于修复剂与基体性质的差异，外援型自修复材料的修复效率可达100%以上。图1-2包含封装的愈合剂和催化剂颗粒的环氧树脂基体的修复机制；(a)破坏使基体产生裂缝；(b)微胶囊破裂，液体修复剂释放至裂纹面；(c)修复剂与嵌入的催化剂接触后聚合，裂纹闭合[12]Figure1-2Autonomichealingmechanismincorporatingencapsulatedhealingagentandembeddedcatalystparticlesinanepoxymatrix;(a)damageeventcausescrackformationinthematrix;(b)crackrupturesthemicrocapsules,releasingliquidhealingagentintocrackplane;(c)healingagentpolymerizesuponcontactwithembeddedcatalyst,bondingcrackclosed.
江南大学硕士学位论文4图1-3自修复涂料的修复程序示意图：(a)含有微囊化催化剂(黄色)与相分离修复剂滴(蓝色)的自修复涂层(浅橙色)位于金属基底(灰色)上；(b)涂层损坏后释放催化剂(绿色)及修复剂(蓝色)；(c)修复剂及催化剂在损伤部位混合；(d)PDMS在破损处交联，保护基材免受环境影响。Figure1-3Schematicofself-healingprocess:a)self-healingcoatingcontainingmicroencapsulatedcatalyst(yellow)andphase-separatedhealing-agentdroplets(blue)inamatrix(lightorange)onametallicsubstrate(grey);b)damagetothecoatinglayerreleasescatalyst(green)andhealingagent(blue);c)mixingofhealingagentandcatalystinthedamagedregion;d)damagehealedbycross-linkedPDMS,protectingthesubstratefromtheenvironment[16].1.4本征型自修复与外援型自修复材料相比，本征型自修复材料依靠体系自身存在的可逆作用实现自修复性能的构筑，从而避免了因引入不同组分而造成的相分离，且由于可逆作用的可重复性，本征型自修复材料可多次修复而不对修复效率产生较大影响。一般情况下，对于自修复材料而言，其修复需要损伤部位在外部挤压、溶液浸泡或加热软化下实现充分接触，而相互接触的受损部位则可通过可逆作用完成聚合网络重建，进而使性能修复[4]。由于本征型自修复材料的修复特性，其自修复性能的完成包括宏观和微观两个层面，即其不仅要实现微观聚合物网络的重建，还要使其机械损伤得到修复，为此，则需物理形态的修复与可逆作用的进行在时间与空间上协调作用[1]。就自修复材料的损伤-修复流程来说，材料在受到外部刺激时，分子链发生迁移或受到破坏而解离，暴露出活性基团，活性基团根据自身活性强弱将会在空气中形成稳定的氧化物或自发重组。因此，
【参考文献】：
期刊论文
[1]Conductive,Stretchable,and Self-healing Ionic Gel Based on Dynamic Covalent Bonds and Electrostatic Interaction[J]. Yi Sun,Yong-Yuan Ren,Qi Li,Rong-Wei Shi,Yin Hu,Jiang-Na Guo,Zhe Sun,Feng Yan. Chinese Journal of Polymer Science. 2019(11)
[2]动态共价化学的研究进展[J]. 张潇月,朴文香. 科学技术创新. 2019(19)
[3]基于超分子聚合物的自修复材料[J]. 侯瑞,李桂群,张岩,李明俊,周桂明,柴晓明. 化学进展. 2019(05)
[4]黏土基纳米复合水凝胶[J]. 杜娟,徐世美,王吉德. 化学教育. 2015(12)
[5]基于动态共价键的可自愈合聚合物凝胶[J]. 张云飞,邓国华. 化工进展. 2012(10)
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