基于氢键的自修复硅橡胶的制备及性能研究

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传统的弹性体复合材料在应用过程中容易受到各种外部因素(光,热,机械损伤)的影响而损伤,这会极大的降低材料的使用寿命。因此,制备具有自修复性能的高性能弹性体复合材料有着广阔的研究前景。本论文基于可逆非共价键(氢键)制备了三种具有自修复性能的弹性体材料,并对其结构和性能进行了探究。具体研究内容如下:1.以含有乙烯基活性基团的甲基乙烯基硅橡胶(MVSR)作为基体材料进行研究,丙烯酸2-异氰酸乙酯(ICA)作为扩链剂与MVSR反应,用2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(UPY)对其改性,制备了一种含有四重氢键的超拉伸自修复弹性体材料(MVSR-UPY)。通过红外光谱(FT-IR)、核磁氢谱(~1H NMR)、溶胀测试等试验对其结构进行表征,证明弹形体的合成路线是正确的。通过拉伸测试和修复测试对其性能进行表征,证明弹性体具有良好的力学性能、修复性能和再加工性能。以MVSR-UPY为基础,制备了一种具有高灵敏度和耐久性的自修复柔性传感器,能够准确监测人体的各种活动。修复测试证明受到损伤并修复后传感器仍然具有很高的灵敏度。值得注意的是,在传感器上书写不同的字母会产生不同的电阻信号,从而区分不同的字母。2.以含有氨基活性基团的双(3-氨丙基)封端的聚二甲基硅氧烷(HN2-PDMS-NH2)作为基体材料进行研究,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)作为扩链剂与HN2-PDMS-NH2反应,随后用2,4-二羟基吡啶(DHP)对其进一步改性,最后,引入Fe3+与配体进行配位,制备了含有氢键和金属配位键两种可逆非共价键的自修复弹性体材料。通过FT-IR,~1H NMR和紫外光谱对结构进行表征,证明氢键和金属配位键被成功引入体系中。修复性能的测试说明弹性体材料具有优异自修复能力,甚至可以在室温下完成修复。3.以HN2-PDMS-NH2作为基体材料进行研究,IPDI作为扩链剂与HN2-PDMS-NH2反应为主链引入活性基团-NCO,随后用2,2′-二氨基二苯二硫醚进一步对其改性,制备了含有氢键和二硫键两种可逆化学键的高强度自修复弹性体材料。通过FT-IR,~1H NMR对结构进行表征,证明氢键和二硫键被成功引入体系中。力学性能的测试说明,二元苯环和二硫键的引入赋予了弹性体极高的力学强度。修复性能的测试说明弹性体材料具有一定的自修复能力。
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