论文部分内容阅读
本征型自修复弹性体材料目前所面临的一个突出问题是材料力学性能与自修复性能的难以同时兼顾。多重动态键策略则依靠各层级价键之间的协同机制而能够有效平衡这一矛盾。本论文基于此策略，结合有机硅化学领域中的相应的合成手段，设计制备了两类不同动态键组合下的有机硅自修复弹性体材料。
(1).基于“一类金属离子，两类配体”设计策略，在聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子链的主链与侧链上分别引入吡啶酰胺(pdca)与N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)两类配体，引入铁离子后交联形成了相应的聚合物膜。通过FT-IR,UV-Vis，DFT理论计算等手段表征了相应的配位结构及其铁离子的配位行为，结果表明铁离子与NAC中的羧基和酰胺中的羰基均有配位作用，同时具有与pdca和NAC同时配位的倾向。力学性能综合对比测试表明，相较于仅含有的一类配位作用的单重网络，在Fe3+/pdca配合物的耗散作用与Fe3+/NAC配合物强相互作用力的协同作用下，双交联网络Fe/NAC-pdca-PDMS获得了最佳的力学性能(～0.21MPa，～627％)和回复能力，同时保持了较好的室温自修复性能(16h，～90％)。随着铁离子用量的增加，Fe/NAC-pdca-PDMS亦展现出高度的力学可调性(～0.21MPa-～0.58MPa)。进一步利用拉伸回复实验探究了不同铁离子用量，不同拉伸程度对体系回复行为的影响;此外，在高温和高压(80℃，15MPa)条件下有利于体系中如Fe3+/COO-等更强价键作用的形成。
(2).结合有机硅化学中阴离子开环聚合反应与“巯基-烯”点击反应，合成了侧氨基硅氧烷（PDMS-NH2）与侧羧基硅氧烷(PDMS-COOH)，进一步与铝盐混合后，构建了具有密集交联特点的“羧基-氨基离子键”(COO-/NH3+)离子键网络和高强度的“金属-羧酸根”(Al3+/COO-)配位键网络的PDMS弹性体双交联网络结构。与相应仅含一类配位作用的单网络(Al/PDMS-COOH与PDMS-COOH/NH2)对照组相比，双交联网络结构Al/PDMS-COOH/NH2的力学性能大幅度提升（断裂强度，断裂伸长率，断裂韧性，均有所提高）。在铝离子(Al3+)与羧基的真实配比达到10∶1时，Al/PDMS-COOH/NH2的断裂强度可达～0.73MPa，同时断裂伸长率断裂可达到～548％。拉伸回复实验探索了该体系下的回复性能及双网络的增强增韧机制。由于两类动态键的温度敏感性，该有机硅弹性体可实现60℃，8h快速修复。
(1).基于“一类金属离子，两类配体”设计策略，在聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子链的主链与侧链上分别引入吡啶酰胺(pdca)与N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)两类配体，引入铁离子后交联形成了相应的聚合物膜。通过FT-IR,UV-Vis，DFT理论计算等手段表征了相应的配位结构及其铁离子的配位行为，结果表明铁离子与NAC中的羧基和酰胺中的羰基均有配位作用，同时具有与pdca和NAC同时配位的倾向。力学性能综合对比测试表明，相较于仅含有的一类配位作用的单重网络，在Fe3+/pdca配合物的耗散作用与Fe3+/NAC配合物强相互作用力的协同作用下，双交联网络Fe/NAC-pdca-PDMS获得了最佳的力学性能(～0.21MPa，～627％)和回复能力，同时保持了较好的室温自修复性能(16h，～90％)。随着铁离子用量的增加，Fe/NAC-pdca-PDMS亦展现出高度的力学可调性(～0.21MPa-～0.58MPa)。进一步利用拉伸回复实验探究了不同铁离子用量，不同拉伸程度对体系回复行为的影响;此外，在高温和高压(80℃，15MPa)条件下有利于体系中如Fe3+/COO-等更强价键作用的形成。
(2).结合有机硅化学中阴离子开环聚合反应与“巯基-烯”点击反应，合成了侧氨基硅氧烷（PDMS-NH2）与侧羧基硅氧烷(PDMS-COOH)，进一步与铝盐混合后，构建了具有密集交联特点的“羧基-氨基离子键”(COO-/NH3+)离子键网络和高强度的“金属-羧酸根”(Al3+/COO-)配位键网络的PDMS弹性体双交联网络结构。与相应仅含一类配位作用的单网络(Al/PDMS-COOH与PDMS-COOH/NH2)对照组相比，双交联网络结构Al/PDMS-COOH/NH2的力学性能大幅度提升（断裂强度，断裂伸长率，断裂韧性，均有所提高）。在铝离子(Al3+)与羧基的真实配比达到10∶1时，Al/PDMS-COOH/NH2的断裂强度可达～0.73MPa，同时断裂伸长率断裂可达到～548％。拉伸回复实验探索了该体系下的回复性能及双网络的增强增韧机制。由于两类动态键的温度敏感性，该有机硅弹性体可实现60℃，8h快速修复。