结构用自修复型高分子材料的制备研究

柯庆

摘 要：在智能材料中，自修复型高分子材料是一个十分重要的类别，能够对生物体的功能进行模拟，通过损伤自愈合的能力，利用材料内部自相应、自诊断的机制，对加工和使用中产生的裂纹进行自动修复，从而防止裂纹的发展。在实际应用中，自修复型高分子材料的这种特性发挥着十分重要的作用。因此，应当加强对结构用自修复型高分子材料的制备研究，从而更好地对此类材料进行应用。

关键词：结构用；自修复型；高分子材料；制备研究

在加工或使用的过程中，高分子材料大都不可避免地会产生微裂纹或局部损伤，从而可能引发更严重的结构性破坏，影响产品的正常使用性能和使用寿命。然而，在材料刚刚产生微损伤的时候，往往是难以被发现的。因此，为了更好地解决这种问题，可以通过利用结构用自修复型高分子材料，使其具有良好的自修复功能，从而避免细小损伤的进一步扩大，使材料的使用性能得到保证，使其使用寿命得到延长。

1 外植型修复材料的制备

1.1 基于单胶囊修复剂

在双组分单胶囊型自修复体系中，包含了咪唑类潜伏固化剂、胶囊化环氧树脂预聚物，在室温下能够长时间保持稳定的状态。在达到130℃—170℃的条件下会发生解离反应，产生2-甲基咪唑、溴化铜等物质，其中环氧树脂在2-甲基咪唑的作用下会聚合其中的阴离子。因此，在固化环氧树脂复合材料的过程中，对温度进行有效的控制能够得到相应的固化剂，在需要修复裂纹的时候加热材料到解离温度，从而使2-甲基咪唑催化释放环氧树脂预聚物固化，实现对裂纹的迅速粘合[1]。在这一过程中，由于具有分散十分均匀的分子水平，因此能够更为充分地和环氧树脂预聚物进行接触，从而能够及时修复材料中各个部位的损伤。

1.2 基于双胶囊修复剂

在环氧树脂预聚物微胶囊的制备中，对于传统的脲醛树脂，可利用三聚氰胺-甲醛树脂作为替代。在微胶囊化的过程中，芯材选用低粘度、高活性的环氧树脂-四氢邻苯二甲酸缩水甘油酯，在合成条件方面可以采用原位聚合方法进行简化。为了能够在室温及以下的温度环境中实现材料的自修复，因此，在与环氧树脂预聚物配对使用的固化剂中选择了多硫醇。多硫醇是一种加成聚合型环氧树脂固化剂，具有较高的活性，在叔胺催化剂的作用下低温或常温状态下的液态多硫醇会固化成环氧树脂。通过与制备环氧树脂胶囊原位聚合法相类似的方法进行优化，从而实现对液态多硫醇-季戊四醇四巯基丙酸酯胶囊的制备[2]。

2 本征型自我修复材料的制备

2.1 基于大分子的光可逆反应

在聚氨酯侧基引入香豆素之后，制备的聚氨酯材料能够实现光可逆反应，具有良好运动能力的香豆素交联键以及光敏特性的特点，在太阳光、紫外光的照射之下聚氨酯材料的损伤能够多次进行自我修复。作为一种主要的化工产品，香豆素具有原料广泛、无毒无害等特点，同时包含具有良好光学活性的香豆素官能团，在300m以上紫外光对其进行辐射的过程中，香豆素及其衍生物的溶液能够产生二聚反应，从而得到四元环结构[3]。如果辐射的紫外光没有超过300m，那么二聚体四元环结构还能发生均裂还原，从而得到原来的香豆素基团。在这一光可逆过程中，不需要对任何额外的催化剂进行添加。

2.2 基于氮氧自由基的热可逆反应

在热可逆自修复高分子材料中，可以对基于氮氧自由基的碳氧氮热可逆键进行应用，通过对介质的调控实现聚合可控自由基。例如，可以采用含有碳氧氮键的双烯类交联剂，采用本体聚合的方法，对交联剂和苯乙烯单体的交联聚苯乙烯进行制备。在断开、结合碳氧氮热可逆键的过程中具有快速平衡的情况，因此，在修复交流聚苯乙烯损伤的过程中可以简单地在一个温度下进行加热，无需分别在两个不同温度下进行处理。同时，交联键在体系中具有较高的比例，因而在动态解交联和交联的时候不会全部破坏交联网络，从而能够对材料原有的力学强度和性能有所确保。

2.3 基于大分子Diels-Alder的热可逆反应

可以合成包含有呋喃基团、双环氧官能团的新型环氧树脂单体，其中酸酐等常规固化剂能够与环氧官能团发生反应，酰亚胺基团则与呋喃基团进行反应，从而在形成的环氧树脂网络中能够具有包含热可逆DA键，在确保环氧树脂材料良好性能的同时，也能使其具有热可逆自愈合的特点[4]。对于固化剂进行不同的选择，能够在固化网络中对玻璃化温度进行调节。通过对分子结构不同的双马来酰亚胺进行选择和利用，能够对DA键的逆反应温度进行调节。通过这种方式，在热可逆自愈合材料的应用中能够更有效地解决存在的问题，从而提升整体固化网络玻璃化转变温度，使其达到逆DA反应温度以上，从而在热可逆修复的过程中避免了环氧树脂材料的变形和软化。

3 结论

在当前的社会中，高分子材料在各个领域中都有着十分广泛的应用，但是在实际应用中由于各种原因的影响，高分子材料难免会产生一些裂纹或损坏，进而对材料的使用性能和使用寿命造成影响。因此，应当加强对制备结构用自修复型高分子材料的相关研究，使材料具有良好的自修复能力，从而更好地确保材料的使用性能与使用寿命。

参考文献

[1]李海燕，张丽冰，李杰，等.外援型自修复聚合物材料研究进展[J].化工进展，2014，（1）：133-139，164.

[2]杨莉，赵健，夏和生.基于迪尔斯-阿尔德反应的聚乙二醇自修复材料的制备[J].高分子材料科学与工程，2014，（7）：126-131.

[3]周兴，李继航，董延茂，等.自修复导电聚酰胺复合材料的制备及性能研究[J].苏州科技学院学报（自然科学版），2014，（4）：46-50.

[4]冯建中，明耀强，张宇帆，等.异氰酸酯胶囊型自修复高分子材料研究进展[J].化工进展，2016，（1）：175-181.

（作者单位：湖北工程学院新技术学院）