[发明专利]一种宽pH范围水下自修复的拓扑互锁网络及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种宽pH范围水下自修复的拓扑互锁网络及其制备方法和应用，所述拓扑互锁网络包括如下重量份的组分：聚氨酯可逆交联网络20～80份；环氧可逆交联网络20～80份；所述聚氨酯可逆交联网络由含有亲水基团的线性聚氨酯通过多巴胺‑金属离子配位键交联得到；所述环氧可逆交联网络由含有亲水基团的线性环氧树脂通过席夫碱键交联得到。本发明的拓扑互锁网络具有良好的力学性能，能够在较宽pH范围(pH4～11)内的水溶液中进行多次自修复和固态回收；另外，由于多巴胺‑金属配位键和席夫碱产生协同作用，取长补短，赋予拓扑互锁网络更好的修复效率和回收效率。该拓扑互锁网络在水环境中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及水下自修复聚合物技术领域，更具体地，涉及一种宽pH范围水下自修复的拓扑互锁网络及其制备方法和应用。

背景技术

高分子材料在水中长期使用后，力学性能会恶化(例如，潮湿诱导的聚合物塑化、溶胀、侵蚀和水解等)；同时，材料在损伤后难以有效修复，且由于水下环境相对陆地环境更难进行后期处理，导致材料的使用期限较短。具有水下自修复功能的高分子材料有利于延长材料的水下使用期限。

然而，目前，具有水下自修复功能的高分子材料多为水凝胶，机械强度较弱，且修复条件局限较大，例如，只能在某个pH值下进行修复。由于可逆键相比一般的共价键键能较弱，导致目前由可逆键交联的本征型聚合物材料的力学性能较弱，如何提高此类自修复材料的力学性能仍然是目前自修复领域的研究热点。同时材料的性能也与其物理化学结构有密切的关系，提高材料的交联度或者提高分子链的刚硬度等可以有效提高材料的力学性能，但这些措施会对材料的自修复性能造成负面影响，力学性能增强与自修复之间存在矛盾。因此，需要开发出具有良好力学性能、能够在较宽pH范围内进行水下自修复的高分子材料。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的水下自修复高分子材料力学性能较差、修复条件局限较大的缺陷，提供一种宽pH范围水下自修复的拓扑互锁网络，提供的拓扑互锁网络具有良好力学性能，能够在pH为4～11范围内的水溶液中多次进行自修复、回收。

本发明的另一目的在于提供上述拓扑互锁网络的制备方法。

本发明的又一目的在于提供上述拓扑互锁网络在制备水下自修复或水下回收高分子材料中的应用。

本发明的又一目的在于提供上述拓扑互锁网络的自修复方法。

本发明的又一目的在于提供上述拓扑互锁网络的回收方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种宽pH范围水下自修复的拓扑互锁网络，包括如下重量份的组分：

聚氨酯可逆交联网络 20～80份；

环氧可逆交联网络 20～80份；

所述聚氨酯可逆交联网络由含有亲水基团的线性聚氨酯通过多巴胺-金属配位键交联得到；所述环氧可逆交联网络由含有亲水基团的线性环氧树脂通过席夫碱键交联得到。

发明人研究发现，高分子链通常具有很强的疏水性，在水中断裂后，界面高分子链收缩，不能很好地相互接触，同时大部分的动态可逆键不能在水下进行动态交换。

本发明通过引入亲水性基团增加高分子链的亲水性，从而有利于断裂界面处分子链的相互缠结；另一方面，利用水环境下可动态交换的多巴胺-金属配位键和席夫碱键作为自修复材料的用于交联的可逆键，赋予材料水环境下的动态修复性。而且，多巴胺-金属配位键和席夫碱键的动态交换的酸碱条件不同，在二者的协同作用下，自修复材料能够在较宽的pH范围内自修复和固态回收。