[发明专利]自修复聚合物

说明书

联邦政府赞助研究或开发

本申请的主题得到了来自空军科学研究办公室的研究拨款的部分资助，AFOSR拨款号：F49620-03-1-0179。美国政府对本发明享有权利。

背景技术

聚合型复合物中形成的裂纹难以检测且几乎不可能修复。例如，美国专利No.6,518,330中已经描述了一种自动修复裂纹的成功方法，该方法具有显著延长材料寿命的潜力。该自修复体系包括以下材料，其包含，例如，Grubbs催化剂的固体颗粒以及含有嵌在环氧基体中的液体二环戊二烯(DCPD)的胶囊。当裂纹在整个材料内扩展时，裂纹使微胶囊破裂并将DCPD释放到裂纹平面内。然后DCPD与Grubbs催化剂混合，发生开环易位聚合(ROMP)，并且固化，从而在存在裂纹的地方提供结构上的连续性。

当该体系具有相对高的催化剂负载(2.5wt％)时，该体系发挥良好的作用，但是多种因素都会导致较低的催化剂负载具有较低的效率。催化剂在环氧中的分散性不好，因此当使用较低的催化剂负载时，裂纹平面上存在的催化剂颗粒非常少(但是颗粒尺寸相对大)。而且，环氧的固化剂二亚乙基三胺(DETA)破坏性地侵蚀Grubbs催化剂。

希望能够提供一种自修复体系，在该体系中更加完全地分布有催化剂。还希望能够提供一种体系，其中催化剂不易与该体系中的其他组分和/或复合材料周围的环境产生不利的相互作用。

发明内容

一方面，本发明提供一种复合材料，其包含聚合物基体、聚合剂和许多胶囊。所述胶囊包含聚合剂的相应活化剂。

在本发明的另一方面，提供一种复合材料，其包含：聚合物基体；粘结促进剂；聚合剂，其与聚合物基体呈相分离；以及许多胶囊。所述胶囊包含聚合剂的相应活化剂。

在本发明的又一方面，提供一种制备复合材料的方法，包括将聚合剂和胶囊分散在聚合物基体中。

在本发明的再一方面，提供一种制备复合材料的方法，包括：将聚合物基体和粘结促进剂混合；以及将聚合剂和胶囊分散在聚合物基体中。在该聚合材料中，聚合剂与聚合物基体呈相分离。

本文包括下面的定义用于提供对说明书和权利要求书的清楚和一致的理解。

聚合物是包含多于100个重复单元的物质。术语“聚合物”包括具有重复单元的长链的可溶和/或可熔分子，还包括不可溶和不可熔网络。预聚物是含有少于100个重复单元的物质，其能够发生进一步的反应从而形成聚合物。    

聚合剂是与聚合剂的相应活化剂接触时形成聚合物的组合物。聚合剂的实例包括聚合物的单体，例如苯乙烯、乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和二环戊二烯(DCPD)；多单体聚合物体系的单体，例如二醇、二胺和环氧化物；预聚物，例如仍然能够进一步聚合的部分聚合的单体；以及能够形成更高级聚合物或网络的官能化聚合物。

活化剂是与聚合剂接触或混合时形成聚合物的任何物质。活化剂的实例包括催化剂和引发剂。聚合剂的相应活化剂是与该特定的聚合剂接触或混合时形成聚合物的活化剂。

催化剂是引起可聚合组合物发生聚合的化合物或组成部分，在每次引起聚合反应时并不总是被消耗。这与引发剂形成对照。催化剂的实例包括硅烷醇缩合催化剂，例如钛酸盐和羧酸二烷基锡。催化剂的实例还包括开环聚合(ROMP)催化剂，例如Grubbs催化剂。聚合剂的相应催化剂是当与该特定的聚合剂接触或混合时形成聚合物的催化剂。

引发剂是引起可聚合组合物发生聚合的化合物或组成部分，与催化剂形成对照，在每次引起聚合反应时引发剂总是被消耗。引发剂的实例是过氧化物(将形成自由基，从而引起不饱和单体发生聚合)；多单体聚合物体系的单体，例如二醇、二胺和环氧化物；以及胺(将与环氧化物形成聚合物)。聚合剂的相应引发剂是当与该特定的聚合剂接触或混合时形成聚合物的引发剂。

胶囊是长径比为1∶1-1∶10的密封体，其可以含有固体、液体、气体或其组合。物体的长径比是最短轴与最长轴的比率，这些轴不需要是相互垂直的。胶囊可以具有落入该长径比范围内的任何形状，例如球形、环形或不规则的变形形状。胶囊的表面可以具有任何质地，例如粗糙的或光滑的。胶囊可以是空心的，或者它们可以是实心颗粒。

包封材料是能够溶解在聚合剂中或者在聚合剂中溶胀的材料，且在与活化剂组合时该材料能够保护活化剂不与用于形成聚合物的材料发生反应。用于聚合物和用于聚合剂的相应包封材料保护活化剂不与用于形成该特定聚合物的物质发生反应且溶解在该特定聚合剂中或者在该特定聚合剂中溶胀。包封材料可以形成胶囊状的颗粒。