[发明专利]一种高强度自愈合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度自愈合材料及其制备方法。本发明高强度自愈合材料的结构式：侧基R₁结构式为‑OCOR₁’或‑OH，5≤n≤500。本发明高强度自愈合材料由同一聚酰胺单体在真空条件下聚合或不同聚酰胺单体在真空条件下共聚而成。本发明合成的高强度自愈合材料具有大量的非共价键和较低玻璃化转变温度，使其具有优异的自主愈合能力。同时，本发明高强度自愈合材料具有独特的化学结构，在拥有大量可逆非共价键的同时还均匀分布着大量的的纳米晶区，克服了自主愈合材料强度低的缺点。

技术领域

本发明属于生物质基功能材料领域，具体是涉及一种高强度自愈合材料及其制备方法。

背景技术

在我们的日常生活中，更换设备损坏部位的零部件是需要一定的成本的，而自愈合材料能够部分或完全修复损伤区域，从而降低材料成本，延长材料的寿命。在过去的几十年里，由于自愈合材料的这一特性而备受科学家的关注。目前，自愈合材料的应用领域主要包括航空航天、汽车、民用和医疗工程等领域。一般来说，自愈合材料可以分为外部愈合材料和内部愈合材料。外部愈合机理是White et al.等人在2001年首次提出的。该系统由微胶囊化的二环戊二烯嵌在含有Grubbs催化剂的环氧基中，在裂纹形成过程中，二环戊二烯被释放，催化剂启动开元环聚合，形成一个坚韧且高度交联的网络，从而导致裂纹闭合。微胶囊化自愈合虽然可以修复裂纹，但是这样的系统只允许愈合剂在特定的位置进行一次性治疗。Toohey et al.等科学家在微胶囊的基础上开发了一种能够通过利用三维微血管网络来治疗反复损伤的系统。然而，微血管型自愈合机制受重复愈合次数和植入物的影响会破坏聚合物最初的特性。以上所述的两种外在愈合机制的缺点可以通过内在的自愈合机制来克服，理论上来说，内部自愈合材料可以重复愈合而不改变材料的特性。在大多数外部愈合系统并不需要外部刺激就能够自愈合受损区域，而大多数内部愈合系统基本上都需要外部刺激才能进行愈合行为，例如光刺激、热刺激、酸碱刺激、磁性刺激和多重刺激等。

由于对内部自愈合的深入研究，内部自愈合可以大致分为需要外部刺激和无需外部刺激两类自愈合。内部自愈合材料指的是利用可逆聚合物结构中动态可逆的共价键或者非共价键是材料进行内部的自愈合。动态共价键需要强的可逆结构才能使其进行自愈合，因此拥有动态可逆共价键的聚合物基本上都需要一定的外部刺激才能进行自愈合行为。可以进行自愈合行为的是拥有动态非共价键(氢键、离子相互作用、金属配位作用、主客体相互作用等)的可逆聚合物，由于其不需要外部刺激而备受科学家的关注。动态非共价键的键能一般都比较弱，因此具有自愈合能力的材料机械性能一般都很差。

为了提高自愈合材料的机械性能，科学家们对其进行了大量的研究和探索。但是到目前为止，最强的自愈合材料的机械强度也只能达到6.8MPa(参考文献：Kim,SM.etal.Superior Toughness and Fast Self-Healing at Room Temperature Engineered byTransparent Elastomers.Adv.Mater.2017)。为了制备性能优异的自愈合材料，我们需要进行合理的微观结构控制，制备出一种含有大量可逆共价键的半晶性材料，最终使其具有优秀的自愈合特性的同时具有超强的机械性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高强度自愈合材料及其制备方法。该材料具有优秀的自愈合特性的同时具有超强的机械性能。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高强度自愈合材料，所述高强度自愈合材料的结构式如下：

侧基R₁结构式为-OCOR₁’或-OH，5≤n≤500。

进一步，所述高强度自愈合材料由同一功能聚酰胺单体聚合而成，所述侧基R₁为以下结构中的任一种：