【摘 要】
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近十几年来,自修复材料因其能够自发修复自身损伤,延长材料使用寿命受到了广泛的关注,人们对自修复材料修复方法、过程和机理进行了深入的研究并取得了较大的进展。如何将自修复功能与材料的功能性相结合,拓宽自修复材料的应用领域逐渐成为人们关注的焦点。基于将自修复材料功能化的目标,本文分别制备了高强高韧的透明室温自修复聚氨酯弹性体和超疏水光固化自修复环氧丙烯酸涂层,并对其结构与性能之间的关系进行了详细的阐述,
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近十几年来,自修复材料因其能够自发修复自身损伤,延长材料使用寿命受到了广泛的关注,人们对自修复材料修复方法、过程和机理进行了深入的研究并取得了较大的进展。如何将自修复功能与材料的功能性相结合,拓宽自修复材料的应用领域逐渐成为人们关注的焦点。基于将自修复材料功能化的目标,本文分别制备了高强高韧的透明室温自修复聚氨酯弹性体和超疏水光固化自修复环氧丙烯酸涂层,并对其结构与性能之间的关系进行了详细的阐述,同时深入探究了材料的自修复机理。为制备透明室温自修复聚氨酯弹性体,本文将硼酸酯键和肟氨酯键引入到聚合物分子链中,并引入配位作用作为动态交联点制备了一种基于配位键、硼酸酯键、肟氨酯键和氢键等四重动态作用的高强高韧透明聚氨酯弹性体。四重动态键的引入使弹性体同时获得了优异的室温自修复性能和较强的机械强度,其中,氢键和配位键可作为牺牲键在拉伸过程中断裂耗散能量,分子链上硼酸酯键和肟氨酯键的存在使分子链能够可逆地分解成多条链段,增强弹性体分子链段的运动能力,从而获得较高的室温自修复效率。自修复测试结果表明,该弹性体兼具较高强度和韧性,拉伸强度可达15.3±0.7MPa,断裂伸长率高达1232±68%,将样品剪断拼接后,在室温条件下修复24h自修复效率可达90%。XRD、AFM和宽频介电分析结果表明,多重动态作用的引入使聚合物获得了合适的微相分离程度,能够同时得到优异的力学强度和自修复效率。拉伸XRD结果显示,随着拉伸应变的增加,由于体系中配位作用的存在弹性体内部逐渐出现结晶,使弹性体的力学强度得到大幅增强。应力松弛结果显示,较强配位作用的引入对弹性体在室温下的分子链运动能力影响较小,弹性体仍能保持良好的分子链段运动能力。对材料的透明性进行表征结果显示,在可见光范围内其透光率均大于80%。通过AFM测量微区尺寸均小于400nm(可见光波长),弹性体能保持较高的透明性。光固化涂料由于固化速度快往往存在着脆性大、柔韧性差的问题。我们首次将二硫键和悬挂链同时引入到光固化环氧丙烯酸树脂体系制备得到了一种柔性自修复环氧丙烯酸涂膜,并进一步通过在该涂膜表面喷涂超疏水纳米二氧化硅构建表面微纳结构获得了超疏水自修复涂层,使涂层获得自清洁、防粘着、防集水等功能性,测量显示该涂层水接触角可达152°,滚动角为3°。通过硬度、附着力、柔韧性等测试手段对不同悬挂链含量的涂膜的性能进行表征,并通过光学显微镜和3D轮廓仪表征涂膜的自修复性能。结果显示,涂膜具有优异的综合性能,表面硬度为3H,对常见基材均有良好的附着力,柔韧性好,于60℃下修复24h自修复效率可达97%。此外,我们还通过对比实验研究了二硫键和悬挂链对涂膜自修复性能的影响。结果表明,二硫键的引入使涂膜获得自修复的能力,而悬挂链的引入促进了涂膜分子链运动,使涂膜能够获得更高的自修复效率。对超疏水涂层进行超疏水自修复测试,结果显示,随着表面划痕的修复,涂层的超疏水性能也恢复至原涂层水平,其60℃修复12h后接触角恢复至155°。
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