熱塑性聚合物的室溫活性聚合自修復研究

《熱塑性聚合物的室溫活性聚合自修復研究》是依託中山大學，由容敏智擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：熱塑性聚合物的室溫活性聚合自修復研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：容敏智
• 依託單位：中山大學

中文摘要

本項目針對熱塑性聚合物尚未形成有效自修複方法的現狀，基於活性聚合的概念和方法，擬發展一種適用於熱塑性聚合物的單組分修復劑型自修復體系。該自修復策略利用活性聚合物基體自身作為大分子引發劑，並植入含乙烯基單體的微膠囊；當材料受力產生微裂紋而破壞微膠囊時，微膠囊將釋放出乙烯基單體，經毛細作用擴散至裂紋處，進而被基體引發聚合而自動粘合裂紋。由於藉助了共價鍵修復裂紋，修復效率高。為防止乙烯基類修復劑在材料儲存期間失效，將採用添加微量可溶高效失活劑的方法，既可以有效阻止修復劑單體發生自聚，又不影響其室溫修復反應時的聚合活性。通過深入研究修復劑微膠囊的合成方法、活性聚合物基體合成路線、修復劑修復微裂紋的過程及其影響因素、修復劑微膠囊對熱塑性聚合物材料物理和力學性能的影響等，將為實現此類熱塑性聚合物材料的自修復提供科學依據，並促進活性聚合物向智慧型材料套用方向發展，因而本項目具有重要的理論和實際意義。

結題摘要

本項目針對熱塑性聚合物尚未形成有效自修複方法的現狀，基於活性聚合的概念和方法，發展了一種適用於熱塑性聚合物的單組分修復劑型自修復體系。通過深入研究修復劑微膠囊的合成方法、活性聚合物基體合成路線、修復劑修復微裂紋的過程及其影響因素、修復劑微膠囊對熱塑性聚合物材料物理和力學性能的影響等，將為實現此類熱塑性聚合物材料的自修復提供科學依據，並促進活性聚合物向智慧型材料套用方向發展。 首先以三聚氰胺甲醛樹脂為囊壁，分別製備了包覆甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）、苯乙烯與環氧丙烯酸雙酯混合物等乙烯基單體的微膠囊。通過多種分析手段對這些微膠囊進行了表征。然後，在室溫下利用本體原子轉移自由基聚合製備了“活性”PMMA，考察了其聚合反應動力學以及再引發單體聚合的能力。在此基礎上，製備出含有單組分乙烯基單體微膠囊的“活性”聚甲基丙烯酸甲酯複合材料，利用懸臂樑衝擊實驗對複合材料的自修復性能進行了有效表征，詳細考察了修復劑膠囊種類、膠囊含量、膠囊大小和修復時間等因素對自修復效果的影響，並結合修復斷面分析，揭示材料的自癒合微觀機制。自修復複合材料的修復效率隨膠囊含量和粒徑的增大而增大，對於GMA微膠囊修復體系，當膠囊的含量和平均粒徑分別為20 wt %和283 μm時，修復效率達到最大（～120%），達到最大修復效率的時間約為24 h，在三個月內自修復性能基本保持穩定。總體上看，微膠囊的加入均會造成複合材料的衝擊、拉伸、彎曲等力學性能一定程度的下降。 另一方面，以S, S-二(α, α'-二甲基-α''-乙酸)三硫代酯為RAFT試劑，在70oC條件進行苯乙烯的可逆加成-斷裂轉移自由基聚合，以雙硫代苯乙酸異丙苯酯為RAFT試劑，實施甲基丙烯酸甲酯單體的室溫可逆加成-斷裂轉移自由基聚合。對於含有GMA微膠囊聚苯乙烯自修復複合材料，當GMA微膠囊的粒徑和含量分別為158.6 μm和20%時，修復效率達到最大（112.15%）。對於聚甲基丙烯酸甲酯自修復複合材料，粒徑為133.4 μm的GMA微膠囊含量達到20%時，修復效率達到最大值（119.88%）。進一步，將活性聚合物包裹在乙烯基單體膠囊的外層，實現了對通用熱塑性聚合物的修復。