脲基嘧啶酮有机硅自修复复合弹性体的制备、结构与性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ifever2006
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聚合物自修复材料是受到损伤或被破坏后能够自行修复到原来状态的材料,在实际应用当中具有十分重要的意义。氢键作为一种特殊的非共价键,在超分子化学领域具有独特地位,氢键自修复体系是聚合物自修复材料的研究热点之一。本文采用具有自识别功能的四重氢键体系将有机硅橡胶进行改性,然后向改性后的有机硅橡胶中添加经过功能化改性的填料,在增强硅橡胶基体的同时利用填料与基体间改性基团的相互作用实现了不损伤复合体系自修复能力的目的。本文具体工作与成果如下:(1)采用六甲基二异氰酸酯(HDI)与脲基嘧啶酮(UPy)合成了反应性的脲基嘧啶酮单元(UPy-NCO),并用其对硅橡胶基体和SiO2纳米粒子进行了接枝改性。红外光谱(FTIR)表征证明了合成及接枝反应的成功。断面扫描电镜(SEM)分析表明改性SiO2纳米粒子均匀分散在基体中;样品修复过程照片及光学显微镜图片说明材料具有良好的自修复性能。对比不同添加组分样品的原始力学性能及自修复后的力学性能,发现样品的原始及自修复拉伸强度随改性SiO2纳米粒子添加组分的增加而增加,而自修复效率略微降低。上述结果证明了改性SiO2纳米粒子对有机硅超分子弹性体的机械性能及自修复性能均具有增强作用。(2)采用价廉易得,机械性能优异且与有机高分子相容性良好的层状硅酸盐材料有机蒙脱土(OMMT)以及无溶剂聚苯胺(PANI-ATS)分别制备了OMMT/m-PDMS与OMMT/PANI-ATS/m-PDMS的复合超分子弹性体。FTIR及流变性能表征证明了C22烷基甲苯磺酸(ATS)成功掺杂聚苯胺且所制备产物在50℃下具有流动性。通过分析力学性能,发现随OMMT含量的增加,样品的原始及自修复拉伸强度均增加,而在相同OMMT含量下添加5%PANI-ATS的样品强度进一步提高。但由于填料本身的性质及较大的添加量导致材料的修复效率有所下降。(3)采用Hummers法制备得到氧化石墨烯(GO)并将UPy-NCO基团接枝到GO表面,获得了改性的氧化石墨烯(m-GO)。FTIR图谱中GO曲线上C=O及C-O振动峰的出现以及-NCO峰的消失证明了成功制得GO和m-GO。从SEM断面形貌图中观察到的片层结构说明了GO均匀的分散在基体中,且经改性后提高了其与基体的相容性。通过力学性能分析发现,随着m-GO添加组分的增加样品的原始及修复拉伸强度和断裂伸长率均增加,且自修复效率基本没有受到影响。上述结果说明当添加少量的m-GO时,复合超分子弹性体的机械性能及修复性能均有很大的提升。将自修复弹性体制作成工艺品模具可以得到形状完整无接合缝的复制品,并且可以重复使用,证明了这种具有自修复功能的超分子弹性体在工艺品模具领域具有广泛应用前景。
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