基于DA反應和咪唑離子作用的自修復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合材料等眾多應用領域受到了極大的關注。但是由于光固化的速度極快，固化過程產(chǎn)生的內(nèi)應力無法釋放，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、溶解等方法進行回收利用，導致了大量的資源浪費和嚴重的環(huán)境污染。而自修復材料在材料疲勞、磨損或受到?jīng)_擊產(chǎn)生損傷

2、后能夠自發(fā)地恢復材料的性能，能夠有效地延長材料的使用壽命?；诖耍疚慕Y合光固化材料和自修復材料的優(yōu)勢，分別設計開發(fā)了兩種新型的基于DA反應和七種基于咪唑離子作用的自修復光固化材料，系統(tǒng)研究了體系組成、軟硬單體結構和配比、咪唑離子單體含量對自修復光固化材料的光聚合性能、機械性能和自修復性能的影響。并考察了基于咪唑離子作用的自修復光固化材料作為柔性電子器件的實際應用性能，為自修復光固化材料的設計及實際應用提供理論基礎。
　　主要研究

3、內(nèi)容與結論如下:
　　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可逆反應的單體DA-diol、光固化單體DA-diAc和低聚物，進而分別制備了含DA-diAc的聚丙烯酸酯自修復光固化材料和含DA-diol的聚氨酯丙烯酸酯自修復光固化材料。利用實時紅外光譜儀（或Photo-DSC）和萬能拉力機對光固化材料的光聚合動力學、機械性能和自修復性能進行了系統(tǒng)的研究。實驗結果表明，基于DA反應的自修復光固化體系具有良

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效率，但會導致材料的機械強度降低。硬單體能夠提高材料的機械強度，但不利于材料的自修復。提高DA-diol的含量和降低PEG的分子量能夠改善材料的機械強度和修復效率，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光固化材料，研究了其光聚合動力學和

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

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

7、2.3×1010Ω·cm，修復效率可達93％，在柔性電子設備領域具有巨大的應用潛能。
　　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、機械性能和自修復性能的影響。實驗結果表明，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械性能和自修復性能的提高。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