[发明专利]一种自修复聚合物复合材料的制备方法

说明书

一种自修复聚合物复合材料的制备方法，属于自修复材料制备技术领域。为了改善原有自修复聚合物材料力学性能差、提供N‑H基团的尿素在反应过程中易升华导致反应不充分的问题，首先采用脲丙基三甲氧基硅烷对羟基化多壁碳纳米管进行接枝改性，然后通过二聚酸和二乙烯三胺进行交联聚合，生成聚合物，最后把表面接枝的碳纳米管作为反应物与聚合物发生反应，生成具有动态氢键的自修复聚合物材料。本发明的优点是：利用碳纳米管的纳米级增强特性改善了材料的力学性能，增强了材料的实用性。采用酰胺化碳纳米管进行交联聚合反应，由于纳米材料的纳米尺寸效应，可使反应进行更充分。

技术领域

本发明属于自修复材料制备技术领域，具体涉及一种自修复聚合物复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，由于有机聚合物的成本低廉、加工性强和功能性高使它们成为现代生活的基本材料，应用在纺织品、家用电器、包装业、消费电子产品、汽车和飞机等多种行业。然而，这些聚合物一直暴露于环境中，化学侵蚀、辐射损伤、机械磨损、冲击和热分解等会使材料物理性能降低并导致不可逆的损坏。普通裂纹可以通过粘合、焊接等方法进行修复，但材料内部产生的微裂纹是宏观难以检测的，且微裂纹的产生会降低材料的性能、减少材料使用寿命等，而材料内部微裂纹的自修复恰好能解决该问题。

随着科技不断发展，在2008年，Leibler及其同事报道了第一例基于氢键作用的自修复聚合物。Leibler通过采用脂肪酸和多胺缩合生成多相分散的超分子聚合物体系，每个分子包含多个互补氢键单元，N-H基团和C = O基团分别充当氢键的供体和受体，从而形成氢键，这些氢键键合单元之间的多个弱相互作用形成了聚合物的网状结构。氢键在材料表面受损时会发生断裂，但如果断裂或切割的表面重新接触时氢键会再次形成，这使得该种聚合物材料能够经历多个断裂—愈合的循环动作，其使用具有不同分枝程度和摩尔质量的低聚酰胺连接氢键键合单元，但是，该种自修复聚合物的力学性能很差，难以实际应用，在原有的制备工艺中，采用尿素与活性低聚物进行交联聚合，在反应过程中，尿素易升华导致反应不充分。

发明内容

本发明的目的是为了改善现有自修复聚合物材料力学性能差、提供N-H基团的尿素在反应过程中易升华导致反应不充分的问题，提供一种自修复聚合物复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种自修复聚合物复合材料的制备方法，所述方法具体步骤如下：

步骤一：酰胺化碳纳米管的制备：在室温下，将300~500mg脲丙基三甲氧基硅烷超声分散在乙醇和水的混合溶液中，混合后溶液总体积为250mL，其中，乙醇和水的体积比为3:1，超声时间为1小时，超声功率为150W，然后将100~200mg表面羟基化的碳纳米管加入上述得到的混合溶液中，在70℃温度下进行水浴加热，之后进行冷凝回流，即得到表面酰胺化的碳纳米管；

步骤二：活性低聚物的制备：将二聚酸30g与二乙烯三胺12.3g放在100mL三口瓶中，利用搅拌子进行搅拌，同时在反应过程中持续通入氮气，在160℃下冷凝回流24 h，生成活性低聚物；

步骤三：自修复聚合物复合材料的制备：在氮气氛围下，分别将步骤一制得的0.15g、0.25g、0.35g或0.45g表面酰胺化的碳纳米管与步骤二制得的5g活性低聚物进行混合，在135~160℃温度下交联聚合反应6.5 h，即制备得到含量依次为3%、5%、7%、9%的具有动态氢键作用的自修复聚合物复合材料。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

（1）本发明利用碳纳米管的纳米级增强特性改善了材料的力学性能，增强了材料的实用性。

（2）本发明采用接枝酰胺基团的碳纳米管作为填充物，进行交联聚合反应，增强了自修复聚合物的力学性能，同时，由于纳米材料的纳米尺寸效应，避免了使用过程中添加尿素作为反应物易升华导致反应不够充分的现象，使反应进行的更加充分。