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1997年,Meijer首次发现脲基嘧啶酮(Upy)单元具有自识别形成四重氢键的能力并可用于构筑氢键超分子聚合物和可逆交联网络材料。Upy单元自识别形成四重氢键的特性使其在制备超分子聚合物时不需要合成不同组分的识别单元,且Upy单元的自聚常数较高,可用于制备相对稳定的超分子聚合物。本文将Upy可逆四重氢键引入到杂化材料体系中,探究了Upy可逆四重氢键在充当粒子与基体树脂界面结合力时对杂化材料性能的影响。为此,采用Upy单元对低聚物进行封端合成了Upy封端型超分子聚合物;同时,将Upy单元接枝到纳米二氧化硅的表面制备了Upy改性纳米二氧化硅粒子。进一步将两者混合制备了超分子聚合物/Upy改性纳米二氧化硅杂化材料。具体研究工作如下:(1)合成了Upy功能化的六亚甲基单异氰酸酯(Upy-HDI)并将其作为封端剂对聚碳酸酯二醇以及经HDI扩链的聚氨酯低聚物进行封端,制备了Upy封端超分子聚合物。采用红外、核磁对所合成的分子进行了结构表征。GPC分析表明,Upy-HDI封端超分子聚合物可通过四重氢键作用连接成分子量更高的聚合物。DSC分析表明,在端羟基低聚物两端接枝Upy单元后,所得Upy封端超分子聚合物的玻璃化转变温度有较大幅度的提升。超分子聚合物末端Upy单元形成的二聚体可通过π-π堆积作用形成规整的聚集体微晶区且该微晶区在受热破坏后再次重建时对时间有强烈的依赖。DMA分析表明,Upy-HDI封端超分子聚合物在室温下呈现热塑性橡胶性质,体系中Upy单元的含量对超分子聚合物的储能模量有较大影响。光学显微镜及拉伸测试对该可逆四重氢键构筑的超分子聚合物的动态热驱动修复性能分析表明,体系中Upy二聚体经过π-π堆积后形成的微晶区需要在相对高的温度下解离,因此体系中微晶的含量直接影响到材料的修复温度。在80℃下Upy-HDI封端聚碳酸酯修复效率可达75%;在50℃下Upy-HDI封端聚氨酯低聚物修复效率可达96%。(2)合成了溶解性能出色的Upy功能化异佛尔酮单异氰酸酯(Upy-IPDI)并将其用于纳米二氧化硅粒子的表面接枝改性。红外分析证明了改性纳米二氧化硅粒子表面Upy单元的存在。热失重分析表明,Upy-IPDI的热分解在225℃-350℃温度区间,且其在纳米二氧化硅表面的接枝率为11.03%。接触角测试以及扫描电镜分析表明,Upy接枝改性的纳米二氧化硅表面呈现强的疏水性,接触角达142°。扫描电镜进一步分析发现Upy功能化纳米二氧化硅粒子在强极性DMF中具有良好的分散性,但在弱极性甲苯中,Upy单元的自识别作用使Upy功能化纳米二氧化硅粒子组装聚集,且干燥后形成了表面疏松多孔的膜层。(3)将Upy-IPDI功能化纳米二氧化硅粒子与Upy-IPDI封端超分子聚碳酸酯复合制备了超分子聚合物/Upy功能化纳米二氧化硅杂化材料。扫描电镜分析表明,5wt%含量的Upy功能化纳米二氧化硅粒子在基体超分子聚碳酸酯中呈现均匀的分布。DMA分析表明,相比于氨基硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅,Upy功能化纳米二氧化硅对杂化材料玻璃化转变温度的提升效果更加明显。拉伸测试表明,添加5wt%含量的Upy功能化纳米二氧化硅粒子可使基体超分子聚碳酸酯的拉伸应力提高292%,杨氏模量提高198%。