自修复材料ppt课件.pptx

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1、基于芳香族二硫化物自修复弹性体的相关探索2015.05.06目录自修复材料简介无需干预诱导的自修复弹性体目标弹性体的合成、表征、分析总结一、传统自修复材料简介定义：自修复材料是一类拥有结构上自愈合能力的智能材料，这种能力能修复由于长期的机械使用所造成的损害。自修复材料的发展意义：材料的宏观至微观损伤都会改变材料的热学、力学乃至声学性能，严重时可致整个材料报废。面对一些肉眼不可见的损伤，材料的自修复功能将发挥极大作用。现今已发现、发展出一些具备自修复能力的高分子及陶瓷材料，它们能够在降解之前使用更长的时间，甚至可以减少由于材料报

2、废而造成的损失。（延长材料使用寿命、增强其抗疲劳性）一、传统自修复材料简介文章主要研究对象是自修复热固性弹性体形成自修复弹性体的设想：在聚合物网中引入可逆的或可替换的键，即材料发生断裂时能够重新形成化学交联点从而自修复、恢复其完整性。实施方案：共价化合物之间的转换超分子间作用力由于共价键作用力比超分子间作用力强，前者比后者有更好的机械强度一、传统自修复材料简介目前用于设计自修复材料的可逆共价系统举例：狄尔斯—阿尔德反应以及反狄尔斯-阿尔德反应、交联聚合物、多官能团单体的聚合反应、硫醇类高分子（硫醇类高分子拥有二硫键，这些键可以

3、通过氧进行连接或者断裂）等。不足之处：在上述多数系统中，材料的自修复都需要外界刺激，促进交联修复的触发器包括能源输入，如热或光，或特定的环境条件，如pH。二、无需干预诱导的自修复弹性体2013年，IbonOdriozola和他的小组报道了第一个不需要干预诱导的自修复热固性弹性体——一个工业熟悉的永久交联聚(脲聚氨酯)弹性网络被证明被一个刀片切成两半后可以完全自行恢复。这是基于芳香族二硫化物的复分解反应，在经典热固性弹性体中引进一个室温可交换的共价键，在室温条件下自然交换导致再生，提供了其独特的自愈能力。两小时内97%的愈合效率

4、，手动拉伸时也不会断裂三、目标弹性体的合成、表征、分析目标弹性体的合成启发于：芳香族二硫化合物在三级胺催化下可在室温时发生复分解反应（在溶液或固相中）。故IbonOdriozola和他的小组将包含有芳香族二硫化物的二胺分子引入聚氨酯体系来制备无需干预诱导的自修复弹性体，具体操作步骤及分析如下：三、目标弹性体的合成、表征、分析作为复分解反应模型证明芳香族双硫键无需催化剂亦可以转化Step1RNH2NH2CH3有无催化剂有无无平衡时间1h22h24h三、目标弹性体的合成、表征、分析PPG5（聚丙二醇）和IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯

5、）合成三异氰酸端基-聚氨酯预聚物6。红外谱图如下：Step2聚氨酯通式具有异氰酸端基的聚氨酯预聚物的合成三、目标弹性体的合成、表征、分析PPG中-OH伸缩振动产物6中-NH伸缩振动-CH2、-CH3伸缩振动-NCO伸缩振动-C=O伸缩振动-NH（酰胺II带）弯曲振动具体分析见下页三、目标弹性体的合成、表征、分析t=0时刻，3477cm-1处为PPG中-OH伸缩振动峰，反应结束后-OH消失，由于生成了聚氨酯，故3340cm-1为-NH伸缩振动峰；3000-2700cm-1处为-CH2、-CH3的伸缩振动峰反应前后均存在；2258

6、cm-1处为IPDI中-NCO伸缩振动峰，2264cm-1处为产物中-NCO伸缩振动峰，由于反应消耗了IPDI中的-NCO，所以产物中-NCO峰值减小，由该峰面积可以判断反应是否结束。由于聚氨酯的生成，1720cm-1处为-C=O伸缩振动峰，1534cm-1处为-NH（酰胺II带）弯曲振动峰；1470cm-1处为-CH2弯曲振动峰，大概在1380cm-1处为-CH3弯曲振动峰；1200cm-1左右为-C-O-键伸缩振动峰，由于PPG中只有羟基与C连接，而在产物中酯键的生成则增加了-C-O-键，故后者峰更高。聚氨酯通式中特征官能

7、团三、目标弹性体的合成、表征、分析PPG7（聚丙二醇）和IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）合成二异氰酸端基-聚氨酯预聚物8红外谱图及分析如下：Step3由于步骤3与步骤2所用反应物几乎等同，所以红外光谱图变化也基本一致，故其分析同上。三、目标弹性体的合成、表征、分析PPG中-OH伸缩振动产物6中-NH伸缩振动-CH2、-CH3伸缩振动-NCO伸缩振动-C=O伸缩振动-NH（酰胺II带）弯曲振动三、目标弹性体的合成、表征、分析将上述合成的聚氨酯预聚物6和8与1a反应合成目标产物聚（脲聚氨酯）9a，由于产物中生成了脲基，而反应物中的-

8、NCO消失，故有如下谱图：Step4自修复材料的合成以及自修复实验的演示三、目标弹性体的合成、表征、分析-NH伸缩振动-CH2、-CH3伸缩振动-NCO伸缩振动酯中-C=O伸缩振动脲基中-C=O伸缩振动-NH弯曲振动具体分析见下页三、目标弹性体的合成、表征、分析3300cm-