自修复聚合物材料,是材料科学研究的前沿课题,对于提高材料智能性、延长材料服役寿命等具有重要的研究意义,在柔性电子、可穿戴器件、生物医药等领域具有广阔的应用前景。在传统聚合物材料中引入超分子作用体系,利用分子间相互作用动态、可逆的特征,实现聚合物体系损伤后的结构重构和性能修复,因而成为了设计自修复聚合物体系的重要方法。然而,超分子相互作用的键能较弱,导致聚合物体系的力学性能较差;同时,超分子作用在自修复体系的作用机制也亟待阐明。因此,如何从理论上深入认识超分子体系的修复机制,发展高力学性能的自修复聚合物材料,是该研究领域长期面临的难题。为此,本论文以聚氨酯材料为本体模型,通过引入多级次超分子氢键以及共价键交联制备了双交联自修复聚氨酯材料,并对其修复性能和力学性能进行了表征;进而,应用宏观超分子组装的研究模型阐释了其界面修复机制,为自修复超分子聚合物材料的设计和优化提供了支持。主要研究工作如下:1、设计并合成了含有2-脲基-4[1H]-嘧啶酮(UPy)和脲基的二醇扩链剂(U2-diol),并将U2-diol引入聚氨酯体系中,利用UPy基团的四重氢键、脲基的二重氢键以及氨基甲酸酯基的单重氢键,在聚氨酯材料中引入了具有多级次氢键的超分子作用,制备了具有自修复性能的聚氨酯材料。2、系统化研究了所制备双交联自修复聚氨酯材料的机械性能和自修复性能。由于结构中三羟甲基丙烷所形成的共价交联网络和多级次氢键所形成的超分子交联网络,能够分别提供材料的强度和韧性,该聚氨酯材料的拉伸强度和断裂韧性可达44 MPa和328 MJ/m3。同时,超分子体系能够促进材料的自修复,因此所合成聚氨酯兼具了高力学性能和自修复性能。3、应用宏观超分子组装的研究方法,阐述了超分子体系在修复初始阶段的作用机制,即通过多重相互作用促进界面紧密接触并发生高分子链的扩散与缠结,实现自修复。结合界面力的原位测量,通过对比超分子体系是否存在时的自修复效率,我们发现,超分子作用在修复初期的作用主要是使断裂界面达到分子间力的作用力程,与机械外力迫使界面发生密切接触的效果等同。