自修复有机硅弹性体的制备及性能研究

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有机硅高分子材料因其分子结构具有高度的可设计性和灵活多样的反应特性,广泛应用于生物材料、可穿戴设备、智能涂层、储能材料和机器人技术等领域。但是材料在使用过程中难免的会受到外来机械、物理或化学等因素的破坏而产生局部损伤,或者是微小的裂纹,并由此造成使用寿命缩短和安全隐患,因此自修复有机硅弹性体具有重要的应用前景。本文将生物小分子和金属离子引入到聚二甲基硅氧烷中,以形成多种动态可逆键的自修复交联网络。通过调节聚二甲基硅氧烷的分子量和金属离子的含量,系统的探讨了自修复有机硅弹性体的机械性能、自修复性能、热稳定性能以及动态力学性能,并研究了其在金属防腐涂层方面的应用。本文具体内容如下:1.以α,ω-氨基丙基封端聚二甲基硅氧烷(A-PDMS)与生物小分子衣康酸(IA)通过缩合反应制备基于共价键和氢键协同作用的有机硅弹性体交联网络(IA-PDMS)。FTIR和~1H NMR表征了IA-PDMS的分子结构;力学性能测试表明IA-PDMS的拉伸强度可达448 kPa;自修复性能测试表明在100℃×12 h通过氢键相互作用IA-PDMS的自修复效率可达77%;TGA表明IA-PDMS具有良好的热稳定性能,其热分解温度发生在300℃左右,在600℃左右时基本完全分解;DMA表明IA-PDMS的储能模量(E’)随着A-PDMS分子量的增加先升高后降低,IA-PDMS的玻璃化转变温度从-104.6℃降低到-108.1℃。2.以α,ω-氨基丙基封端聚二甲基硅氧烷(A-PDMS)和硫辛酸(TA)为原料合成预聚物TA-PDMS,然后以2,6-二甲醛基吡啶(Py)和氯化铁交联,成功制备了自修复有机硅弹性体TA-PDMS-Py-Fe,在TA-PDMS-Py-Fe中构建基于氢键、动态二硫键和金属配位键动态可逆键交联网络。FTIR和~1H NMR表征了预聚物TA-PDMS和弹性体TA-PDMS-Py-Fe的分子结构;SEM和EDS表明了TA-PDMS-Py-Fe具有很好的分散性。力学性能测试表明了TA-PDMS和TA-PDMS-Py-Fe拉伸强度可分别达到304.1 kPa和464.5 kPa;自修复性能测试表明120℃×12 h通过三种动态可逆键相互作用,使得TA-PDMS-Py-Fe自修复效率高达90.2%;TGA表明TA-PDMS-Py-Fe的初始分解温度发生在400℃左右,最大分解温度在700℃左右;DMA表明TA-PDMS-Py-Fe的储能模量(E’)随着金属离子的增加而升高,TA-PDMS-Py-Fe的玻璃化转变温度从-106.9℃升高到-99.2℃;金属防腐性能和粘结力学性能测试表明了氢键和金属络合作用使得TA-PDMS-Py-Fe对光滑表面有很强的附着力,并且TA-PDMS-Py-Fe具有良好的金属防腐性能。
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