基于DA反應(yīng)和咪唑離子作用的自修復(fù)光固化材料的合成與性能研究.pdf

1、光固化材料的制備過程具有高效、節(jié)能環(huán)保、環(huán)境友好等優(yōu)勢，在微電子、3D打印材料及多功能復(fù)合材料等眾多應(yīng)用領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。但是由于光固化的速度極快，固化過程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力無法釋放，在材料內(nèi)部容易形成缺陷，使光固化材料在外力作用下容易破損，極大地縮短了光固化材料的使用壽命。此外，像大多數(shù)合成材料一樣，受損的光固化材料無法通過熔融、溶解等方法進(jìn)行回收利用，導(dǎo)致了大量的資源浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。而自修復(fù)材料在材料疲勞、磨損或受到?jīng)_擊產(chǎn)生損傷

2、后能夠自發(fā)地恢復(fù)材料的性能，能夠有效地延長材料的使用壽命?；诖?，本文結(jié)合光固化材料和自修復(fù)材料的優(yōu)勢，分別設(shè)計(jì)開發(fā)了兩種新型的基于DA反應(yīng)和七種基于咪唑離子作用的自修復(fù)光固化材料，系統(tǒng)研究了體系組成、軟硬單體結(jié)構(gòu)和配比、咪唑離子單體含量對自修復(fù)光固化材料的光聚合性能、機(jī)械性能和自修復(fù)性能的影響。并考察了基于咪唑離子作用的自修復(fù)光固化材料作為柔性電子器件的實(shí)際應(yīng)用性能，為自修復(fù)光固化材料的設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
　　主要研究

3、內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　1、以呋喃、順丁烯二酸酐、乙醇胺和糠醇等為主要原料，合成了可發(fā)生DA可逆反應(yīng)的單體DA-diol、光固化單體DA-diAc和低聚物，進(jìn)而分別制備了含DA-diAc的聚丙烯酸酯自修復(fù)光固化材料和含DA-diol的聚氨酯丙烯酸酯自修復(fù)光固化材料。利用實(shí)時(shí)紅外光譜儀（或Photo-DSC）和萬能拉力機(jī)對光固化材料的光聚合動力學(xué)、機(jī)械性能和自修復(fù)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于DA反應(yīng)的自修復(fù)光固化體系具有良

4、好的光聚合性能。軟單體有利于提高材料的斷裂伸長率和修復(fù)效率，但會導(dǎo)致材料的機(jī)械強(qiáng)度降低。硬單體能夠提高材料的機(jī)械強(qiáng)度，但不利于材料的自修復(fù)。提高DA-diol的含量和降低PEG的分子量能夠改善材料的機(jī)械強(qiáng)度和修復(fù)效率，但會降低材料的斷裂伸長率。
　　2、以咪唑、1，6-己二醇二丙烯酸酯和溴乙醇為原料制備了含咪唑離子的光固化單體HD-IM-OH，然后與其它單體混合通過光聚合制備了基于咪唑離子的自修復(fù)光固化材料，研究了其光聚合動力學(xué)和

5、動態(tài)熱力學(xué)特征。系統(tǒng)地探討了咪唑離子單體含量、軟硬單體結(jié)構(gòu)及添加比例和聚合物分子量對材料的機(jī)械性能和自修復(fù)性能的影響。并考察了修復(fù)溫度、修復(fù)時(shí)間及修復(fù)次數(shù)對材料修復(fù)效率的影響。最后，進(jìn)行了該自修復(fù)光固化材料在柔性電子材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究。研究結(jié)果表明，單體HD-IM-OH不會改變光固化體系的光聚合動力學(xué)特征。隨著HD-IM-OH含量的增加，自修復(fù)光固化材料的斷裂應(yīng)力先降低后增加，斷裂伸長率則呈相反趨勢，而材料的修復(fù)效率持續(xù)增加。當(dāng)增加軟單

6、體所占的比例，降低硬單體的比例時(shí)，材料的斷裂伸長率和修復(fù)效率逐漸增加，但斷裂應(yīng)力逐漸降低。降低聚合物的分子量能夠提高材料的斷裂伸長率和修復(fù)效率，但是極大地降低了機(jī)械強(qiáng)度。另外，該材料具有多次修復(fù)的能力，并且具有較寬的修復(fù)溫度，從室溫(25℃)到高溫(120℃)均可修復(fù)，溫度升高可以縮短修復(fù)時(shí)間。所制備的基于咪唑離子作用的自修復(fù)光固化材料具有良好的柔韌性、絕緣性和自修復(fù)性能，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)3.1MPa，斷裂伸長率達(dá)到205％，體積電阻率為

7、2.3×1010Ω·cm，修復(fù)效率可達(dá)93％，在柔性電子設(shè)備領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛能。
　　3、制備了兩種咪唑環(huán)上3-位取代基不同和四種1-位取代基不同的含咪唑離子的光固化單體，并研究了它們對材料光聚合性能、機(jī)械性能和自修復(fù)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，取代基不影響材料的光聚合性能。咪唑3-位取代基帶有羥基有利于材料機(jī)械性能和自修復(fù)性能的提高。咪唑1-位為短鏈取代基的單體表現(xiàn)出軟單體的特性，增加這類單體含量將提高材料的斷裂伸長率，減弱材