[发明专利]一种可自修复、可重复利用的聚合物纳米复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种可自修复、可重复利用的聚合物纳米复合膜的制备方法，首先将贵金属纳米颗粒与含有功能性基团的小分子利用金属配位作用进行复合，获得纳米复合物；随后将所述纳米复合物用作引发剂和交联剂向其中引入可聚合有机单体，在可见光条件下发生自由基聚合反应，即可获得聚合物有机凝胶；将聚合物有机凝胶在有机溶剂中溶解，在有机溶剂中引入水相，构成有机溶剂/水/空气三相界面，通过短暂的溶剂挥发，最终可在水层表面获得聚合物纳米复合膜。本发明利用贵金属无机纳米颗粒和硫之间的配位作用，在近红外光照射下，使得贵金属与硫之间的金属配位键发生动态断裂和重建，从而使得破损的聚合物纳米复合膜达到自修复目的。

技术领域

本发明涉及一种可自修复、可重复利用的聚合物纳米复合膜的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

薄膜技术广泛应用于我们日常生活中影响较大的许多领域，这使得薄膜材料的制备成为材料科学与技术中非常重要的课题。然而，部分重要的薄膜材料不能通过众所周知的沉积途径制备成薄膜，这极大地限制了它们的适用性。并且这种限制对于多组分和复杂的纳米复合材料显示得尤为明显，由于组分之间的协同效应，它们可以呈现出独特的性质，然而所获得的薄膜的均匀性和透明性往往不尽如人意。

聚合物纳米复合膜，因为其具有一些传统的聚合物膜所不具备优异特性。因此，他们被认为是一种独特且重要的材料。由于聚合物纳米复合膜种类繁多，在各个领域都具有广泛前景。

自修复过程中涉及的两个主要事件：(1)分子片段在受伤区域或附近的物理流动；(2)机械损伤后裂解键的重新结合。从本质上讲，要合理设计自修复材料，重要的是首先要了解哪些化学实体能够因机械损伤而裂解，其次设计网络以在机械损坏时实现局部分段移动。最后使重新键合动力学与大分子反应链段的物理重排同步发生。动态过程中体系的粘度变化不那么显着，形成的聚合物链段的运动缓慢，这将对自愈过程产生显着影响。当主骨架和交联点都加入动态化学实体时，网络在解聚过程中会被裂解成小的单体或片段，因此在这个过程中解聚的产物能够轻松移动，这将会促进自修复过程进行。

传统的薄膜制备主要依靠采用绿色可降解的材料，减少对环境和自然生态系统的负面影响。然而，这些材料往往只实现一次利用。为了维持和提高当前材料的可持续性，应该强调资源回收而不是处理。传统的材料设计主要依靠使用原材料制造产品之后再废弃。可重复利用的材料是将使用过的材料返回到收集中心，之后进行再制造并获得再利用资格的过程。可重复利用的材料减少了资源浪费和环境污染，符合可持续发展的原则。

鉴于上述优点，可自修复、可重复利用的聚合物纳米复合膜从制备方法再到在环境工程、生物医学等领域的应用都具有广阔的前景。

发明内容

本发明旨在提供一种可自修复、可重复利用的聚合物纳米复合膜的制备方法，利用金属配位作用以及分子链之间的范德华作用力，制备出可自修复、可重复利用的聚合物纳米复合膜。

本发明可自修复、可重复利用的聚合物纳米复合膜的制备方法，首先将贵金属纳米颗粒与含有功能性基团的小分子利用金属配位作用进行复合，获得纳米复合物；随后将所述纳米复合物用作引发剂和交联剂向其中引入可聚合有机单体，在可见光条件下发生自由基聚合反应，即可获得聚合物有机凝胶；将聚合物有机凝胶在有机溶剂中溶解，在有机溶剂中引入水相，构成有机溶剂/水/空气三相界面，通过短暂的溶剂挥发，最终可在水层表面获得聚合物纳米复合膜。该种制备薄膜的方式简单经济，对于薄膜的大规模生产也十分有效。

本发明利用金属配位键在近红外光刺激下的随机断裂和重构，实现聚合物纳米复合膜自修复性能；同时利用薄膜在有机溶剂中范德华作用力的重新形成以及链与链之间的重新结合实现破损薄膜再生的重复利用的目的。

本发明可自修复、可重复利用的聚合物纳米复合膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：贵金属纳米颗粒的功能性表面修饰