[发明专利]一种机械性能可控的离子自修复高分子材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种机械性能可控的离子自修复高分子材料及制备方法，在二氯[1,3‑双(2,4,6‑三甲基苯基)‑2‑咪唑烷亚基](亚苄基)双(3‑溴吡啶)钌(II)催化剂的作用下，将双(联苯基)降冰片烯化合物和含有咪唑离子的降冰片烯的衍生物在二氯甲烷溶剂中采用一次投料或次序投料方法进行开环易位聚合，反应结束后用终止剂终止反应后，分别得到无规、两嵌段、三嵌段离子共聚物自修复材料；其中：双(联苯基)降冰片烯、含有咪唑离子的降冰片烯的衍生物和催化剂的摩尔比为150～250:25～75:1。本发明工艺简单，原料易得，比现有材料的机械性能和修复性能可控，可以实现硬质材料的高效修复，提高了自修复材料的应用范围。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种机械性能可控的离子自修复高分子材料及制备方法。

背景技术

高分子材料由于其轻质、耐磨、易加工的特性，在工业、生活中得到越来越广泛的应用，但在其成型加工以及使用过程中由于受到机械、热、化学等各种因素影响，不可避免地会造成材料内部的微裂纹出现，而这些微裂纹正是产生宏观裂缝的根源，使得高分子材料的整体性能受损。如果能赋予高分子材料自修复性能，可以提高高分子材料的使用寿命、安全性、可靠性，从而提高能量效率，减少资源浪费，减轻环境的压力。

目前，自修复材料的分类方法很多，按照是否使用修复剂可分为外援型和本征型两大类。外援型修复方法使用微胶囊或中空纤维，用以包载修复剂。由于这种材料在制备方法和工艺条件复杂苛刻，修复次数有限而限制了其发展。本征型修复方法则是利用体系中存在的可逆的化学或物理作用而进行自修复，这些作用力包括Diels-Alder反应、二硫键反应、氢键、π-π堆叠、离子间相互作用和主客体相互作用。这种修复方法能实现重复的修复，但是由于链段运动是材料实现修复的主要动力，受到链段运动的限制，目前所制备的本征型自修复高分子材料都是软而弱的橡胶甚至是力学性能更低的凝胶。而在实际应用中又要求材料具有良好的机械性能，特别是在航空航天、微电子、建筑行业等领域的应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于公开一种机械性能可控的离子自修复高分子材料及制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

本发明提供了一种机械性能可控的离子自修复高分子材料，具有式I所示的结构：

式I中，x＝5或9；Tf₂N为三氟甲基磺酰亚胺基。在本发明中，m、n为聚合度，m＝150～250，n＝25～75。

在本发明中，○为具有式II所示结构的双(联苯基)降冰片烯结构单元，●为具有式III所示结构的含有咪唑盐离子的降冰片烯的衍生物结构单元。两种结构单元在聚合物中的排列顺序不同得到了无规、两嵌段、三嵌段共聚物。

式III中，x＝5或9；Tf₂N为双三氟甲基磺酰亚胺基。

本发明的一种机械性能可控的离子自修复高分子材料制备方法，在二氯[1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-咪唑烷亚基](亚苄基)双(3-溴吡啶)钌(II)催化剂的作用下，将双(联苯基)降冰片烯具有式II所示结构的化合物和含有咪唑离子的降冰片烯的衍生物具有式III所示结构的化合物在二氯甲烷溶剂中采用一次投料或次序投料方法进行开环易位聚合，反应结束后使用终止剂终止搅拌反应一段时间后，分别得到具有式I结构的无规、两嵌段、三嵌段离子共聚物自修复材料；其中：双(联苯基)降冰片烯、含有咪唑离子的降冰片烯的衍生物和催化剂的摩尔比为150～250:25～75:1。

进一步，所述的式III中含有咪唑离子的降冰片烯衍生物分别为5-降冰片烯-2-亚甲基-1-癸基-3氢-咪唑双三氟甲基磺酰基亚胺(x＝5)和5-降冰片烯-2-亚甲基-1-己基-3氢-咪唑双三氟甲基磺酰基亚胺(x＝9)。