聚氨酯薄膜材料損傷光可逆自修復的研究

《聚氨酯薄膜材料損傷光可逆自修復的研究》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：聚氨酯薄膜材料損傷光可逆自修復的研究
• 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

本項目擬發展一種具備高效光可逆自修復能力的聚氨酯薄膜材料。在聚氨酯的側鏈或主鏈中引入光學活性基團香豆素衍生物，構築光可逆交聯網路，當材料遭受損傷後，通過香豆素基團間的光解聚/二聚反應，實現斷面的共價鍵連結，恢復原有的承載能力，整個修復過程無需催化劑，可多次重複。將利用聚氨酯分子結構中軟段的運動性及其微相分離過程，輔助所含光活性基團的聚集、排列和光化學反應，並利用聚氨酯分子鏈的硬段和交聯結構，賦予材料在實際套用中所需的力學性能，突破以往光可逆修復往往只能在液相中進行才能獲得較高效率的難題。本項目將深入研究這類聚氨酯薄膜材料的合成、光可逆反應特性以及化學、物理機械性能等，闡明香豆素衍生物的含量、位置、軟段鏈長、相分離、芳叔胺修飾等對光可逆反應及自修復性能的影響，揭示香豆素基團間光可逆反應逐漸衰減的規律和減緩或抑制這種衰減的原理，為製備具有光可逆反覆自修復能力的聚合物固體材料提供科學依據。

結題摘要

目前對光可逆自修復材料的研究面臨著一個難題，即光可逆反應需要聚合物分子鏈具有足夠的運動性，顯然硬性的固體材料難以滿足這一要求。為此，本項目採用光學活性高的香豆素衍生物作為光可逆官能團，將其引入聚氨酯分子鏈的側鏈或主鏈上，經350nm紫外光二聚反應形成具有相分離結構的光可逆交聯聚氨酯體系。聚氨酯材料中產生裂紋後，利用254nm的紫外光照先誘導斷面的香豆素衍生物二聚體開環，然後再用350nm紫外光致使香豆素衍生物再次二聚，修復裂紋。大分子鏈中的軟段因具有柔順性，導致硬段聚集，使香豆素基團可以互相靠近和排列，有利於它們之間發生光二聚和解聚反應，而分子鏈中的硬段以及交聯結構則為材料提供足夠的強度。本項目深入研究了這類聚氨酯薄膜材料的合成、光可逆反應特性以及化學、物理機械性能等，闡明香豆素衍生物的結構、位置、軟段鏈長、相分離等對光可逆反應及自修復性能的影響，揭示香豆素基團間光可逆反應逐漸衰減的規律和減緩或抑制這種衰減的原理，為製備具有光可逆反覆自修復能力的聚合物固體材料提供科學依據。 首先，合成了兩種含單和雙羥基的香豆素衍生物HEOMC及DHEOMC。將六亞甲基二異氰酸酯三聚體（tri-HDI）、HEOMC分別與PEG200、PEG400及PEG800反應，製備了側鏈含光可逆基團的聚氨酯THHPEG200，THHPEG400及THHPEG800。研究表明THHPEG400具有更好的光可逆性。通過普通光學顯微鏡觀察和電化學表征證實了三種聚氨酯均具有光致可逆裂紋多次自修復功能以及拉伸斷裂-自修復性能。最佳修復條件為254-1min- 350-90min；在該修復條件下，THHPEG400具有更高的修復效率，其連續三次拉伸斷裂修復的平均修復效率分別為70.2%、62.9%及56.5%。另一方面，將IPDI、DHEOMC分別與PEG400及PEG800反應，製備了主鏈含有光可逆基團的聚氨酯。採用拉伸斷裂-修複試驗測得IDHPEG800-0.25體系三次光可逆自修復的平均修復效率分別為100.66%、76.12%及61.90%。