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发展并研究机械力响应聚合物和自修复聚合物对于理解聚合物材料的损伤机理、发展高强韧性聚合物材料至关重要。本论文结合开环易位聚合(ROMP)在便捷高效合成功能化高分子材料方面的优势,制备了含1,2-二氧环丁烷的机械力诱导发光交联和线性自修复材料,并探究了材料的机械发光和自修复性能之间的内在联系。主要研究内容如下:
1.与非交联和动态共价聚合物相比,共价交联网络在许多领域是不可替代的。然而,由于交联后聚合物链扩散受限,一旦断裂就很难修复。本工作中,我们利用开环易位聚合合成了一种新型的共价交联聚烯烃,其展现出机械强度高并易于修复的性能。该材料的成功构建有两个关键点,一是低交联密度的设计,使材料具有较好的弹性和链移动性,以实现热力学上的有利修复;另一个是引入致密的氢键,可用作牺牲键并经历可逆的缔合。以上因素共同保证了聚烯烃网络的机械韧性,满足了大多数聚烯烃类材料的实际需求,并具有出色的自修复性能(自发恢复至拉伸强度的96%)。此外,可以通过共价交联剂1,2-二氧环丁烷的机械发光对材料的断裂-愈合过程进行微观评估。
2.针对上述共价交联网络结构不易表征、不易加工的问题,我们改变双金刚烷取代的1,2-二氧环丁烷这一力响应基团共价引入聚合物主链的方式,通过闭环易位反应合成环状1,2-二氧环丁烷力响应基团,并借助开环易位聚合将多个力响应基团共价引入聚合物主链,合成了聚合物并研究了这类富含力响应基团的线性聚烯烃材料的自修复性能。由于该体系内存在大量动态、可逆的氢键,使得共聚物表现出良好的自修复性能,此外,由于该聚合物主链中的1,2-二氧环丁烷在机械力的作用下可发生选择性断裂,释放出可视化的化学发光信号,可以利用其机械力诱导的发光高灵敏度和高分辨率地研究材料断裂过程,从微观分子水平研究宏观材料性能。这部分工作不仅丰富了机械力诱导化学发光聚合物的类型,并加深了我们对聚烯烃共聚物的损伤过程的理解。
1.与非交联和动态共价聚合物相比,共价交联网络在许多领域是不可替代的。然而,由于交联后聚合物链扩散受限,一旦断裂就很难修复。本工作中,我们利用开环易位聚合合成了一种新型的共价交联聚烯烃,其展现出机械强度高并易于修复的性能。该材料的成功构建有两个关键点,一是低交联密度的设计,使材料具有较好的弹性和链移动性,以实现热力学上的有利修复;另一个是引入致密的氢键,可用作牺牲键并经历可逆的缔合。以上因素共同保证了聚烯烃网络的机械韧性,满足了大多数聚烯烃类材料的实际需求,并具有出色的自修复性能(自发恢复至拉伸强度的96%)。此外,可以通过共价交联剂1,2-二氧环丁烷的机械发光对材料的断裂-愈合过程进行微观评估。
2.针对上述共价交联网络结构不易表征、不易加工的问题,我们改变双金刚烷取代的1,2-二氧环丁烷这一力响应基团共价引入聚合物主链的方式,通过闭环易位反应合成环状1,2-二氧环丁烷力响应基团,并借助开环易位聚合将多个力响应基团共价引入聚合物主链,合成了聚合物并研究了这类富含力响应基团的线性聚烯烃材料的自修复性能。由于该体系内存在大量动态、可逆的氢键,使得共聚物表现出良好的自修复性能,此外,由于该聚合物主链中的1,2-二氧环丁烷在机械力的作用下可发生选择性断裂,释放出可视化的化学发光信号,可以利用其机械力诱导的发光高灵敏度和高分辨率地研究材料断裂过程,从微观分子水平研究宏观材料性能。这部分工作不仅丰富了机械力诱导化学发光聚合物的类型,并加深了我们对聚烯烃共聚物的损伤过程的理解。