CN107129580A - 一种动态聚合物材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态聚合物材料,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:至少一种含有两个或两个以上1,2‑二醇基元和/或1,3‑二醇基元的多元醇化合物(I),至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II)。由于氨甲基苯硼酸酯键的强动态可逆性,使得该聚合物材料具有重复使用性和可回收性;此外,特定配方的聚合物材料在受到外力作用时,动态氨甲基苯硼酸酯键作为可牺牲键能够优先断裂,使得材料体现出良好的韧性。该动态聚合物材料可以作为韧性材料、密封材料、夹层胶、力传感器等而获得广泛的应用。

Description

一种动态聚合物材料及其应用
技术领域
本发明涉及智能聚合物材料领域,具体涉及一种由动态可逆共价键构成的聚合物材料。
背景技术
材料科学技术的进步大大推动了人类社会的发展与进步。进入二十世纪以来,由信息技术、遗传工程技术、新能源技术、航天技术、纳米技术等形成的高新技术群,更是推动了材料科学的飞速发展。传统单一的结构材料或功能材料已不能满足这些飞速发展的高技术领域的需要,各种各样多功能化、智能化的材料应运而生。在这其中,以动态化学为基础所构建的一系列新型聚合物材料展现出了令人瞩目的发展态势。
动态化学是结合了超分子化学和共价化学中的动态共价化学而发展起来的交叉学科。在动态化学领域中,“动态”是其核心和本质的概念。在超分子化学中,关注的是相对较弱的非共价相互作用力,这些超分子作用力与传统共价键相比,键能较弱,稳定性较差,易受外界条件影响,利用其得到的动态聚合物材料多为力学性能较差的凝胶或软材料,大大限制了这类材料的应用。而动态共价键是一种比非共价键稳定,又弱于传统共价键的化学键,其在适合的条件下可以发生可逆的共价键“断裂”和“形成”。动态共价键将超分子非共价键的可逆性与共价键的稳固性结合在一起,这使得其具有广泛的应用范围。而动态可逆共价键的存在,也保证了材料在适宜的条件下即具有重复使用性和可回收性。
而目前以动态共价键进行交联的聚合物体系还比较少见,而且现有的动态共价键的动态性均非常有限,往往需要添加催化剂或外界提供能量(如加热、光照等)来加速平衡过程,使其在构建动态共价交联的聚合物材料方面受到很大的限制。例如,基于呋喃-马来酰亚胺Diels-Alder环加成反应产物往往需要在高温条件下进行解离反应,并且在有机溶剂中此反应过程进行缓慢;伯胺与醛反应生成的亚胺键,其受酸碱度影响强烈,造成此类亚胺键必须在特定的pH范围内使用;氨基转移可逆交换反应则需要在特殊蛋白酶的作用下才能形成;基于烷氧氮基的动态可逆键,其解离反应温度往往也要达到100-130℃,同时,烷氧氮基解离生成的碳中心自由基对氧和高温敏感,由此带来的不可逆键合会对材料的性能造成影响;含有三硫代酯基团的动态聚合物则需要在紫外光照射或加热条件下才能发生动态交换反应。诸如此类情况的存在,使得动态可逆共价键本身所具有的特性在通常条件下难以得到充分地体现,需要发展一种新型的动态聚合物材料,以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明针对上述背景,提供了一种由二醇基元及氨甲基苯硼酸基元相互反应生成的动态可逆的氨甲基苯硼酸酯键构成的动态交联聚合物材料。所述的动态聚合物材料稳定性好,可不需要额外加入催化剂和促进剂等外部添加剂,也可无需光照和高温条件,在一般的温和条件下即可具有良好的动态可逆性,并体现出重复使用性、可回收性以及仿生力学性能。
本发明通过如下技术方案予以实现:
本发明的一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;
并且,组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中含有大分子多元醇化合物(I)或组分(2)中含有大分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种大分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,或至少一种大分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种小分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少含有一种小分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种小分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少含有一种小分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II)。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),或组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II);其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),且组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II);其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的大分子多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的大分子苯硼酸化合物(II);
其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
至少一种同时含有一个或一个以上二醇基元和一个或一个以上氨甲基苯硼酸基元的化合物(III),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
其中,至少一种化合物(III)含有的二醇基元数和氨甲基苯硼酸基元数之和为三个或三个以上。
在本发明中所述的1,2-二醇基元,其选自乙二醇及其被取代形式失去至少一个非羟氢原子后形成的残基、以及邻二酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合失去至少一个非羟氢原子后形成的残基。
在本发明中所述的1,3-二醇基元,其选自1,3-丙二醇及其被取代形式失去至少一个非羟氢原子后形成的残基、以及2-羟甲基酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合失去至少一个非羟氢原子后形成的残基。
在本发明中所述的氨甲基苯硼酸基元,其选自2-(氨甲基)苯硼酸、2-(氨甲基)苯硼酸酯失去至少一个苯环或氨基上的氢原子后形成的残基,其中,氨甲基中的氨基选自伯胺、仲胺、叔胺或季铵盐。其中,在本发明中所述的氨甲基苯基元,为氨甲基苯硼酸基元中除去硼酸基或硼酸酯基后剩下的残基。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其除了含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,还含有二醇基元与其他有机硼酸基元形成的其他有机硼酸酯键;
其中,所述的其他有机硼酸酯键,其具有如下结构中的至少一种且不包含所述的氨甲基苯基元结构:
其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;表示与氢原子、小分子烃基链、聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;并且同一个碳原子上的不同可以连接成环,不同碳原子上的也可以连接成环,所述的环包括但不仅限于脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合。
在本发明中所述的其他有机硼酸基元,其可选自其他有机硼酸基、其他有机硼酸酯基。
在本发明中所述的其他有机硼酸基,指的是由硼原子以及与该硼原子相连的两个羟基所组成的结构基元,且其中的硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上,并且其不包含所述的氨甲基苯基元。
在本发明中所述的其他有机硼酸酯基,指的是由硼原子、与该硼原子相连的两个氧原子和与此两个氧原子相连的烃基或硅烷基所组成的结构基元,且其中的硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上,并且其不包含所述的氨甲基苯基元。
在本发明的实施方式中,可至少利用以下几种化合物进行合理配方组合作为原料反应获得动态聚合物材料:
含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的多元醇化合物(I);含有氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);同时含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元以及氨甲基苯硼酸基元的化合物(III);含有氨甲基苯硼酸酯键和其他反应性基团的化合物(IV);不含有1,2-二醇基元、1,3-二醇基元、氨甲基苯硼酸基元以及氨甲基苯硼酸酯键但含有其他反应性基团的化合物(V);其中,多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)均含有至少两个官能团且至少一种多元醇化合物(I)或苯硼酸化合物(II)或化合物(III)为三官能团及其以上,化合物(IV)均含有至少两个其他反应性基团;其中,多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)和化合物(V)不单独作为原料制备动态聚合物材料。
在本发明中所述的多元醇化合物(I),其可以如下结构表示:
其中,G为含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的基团,具有单一结构或多种结构,其选自以下任一种结构:含有1,2-二醇基元的线型结构、含有1,2-二醇基元的环状结构、含有1,3-二醇基元的线型结构、含有1,3-二醇基元的环状结构;
其中,n为G的个数,n≥2;
其中,L为两个或多个G之间的连接基团,选自单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da的二价或多价无机大分子链残基;
其中,q为L的个数,q≥0。
在本发明中所述的苯硼酸化合物(II),其可以如下结构表示:
其中,A为含有氨甲基苯硼酸基元的基团,具有单一结构或多种结构,其选自以下任一种结构:邻位连有线型氨甲基结构的苯硼酸结构,邻位连有环状氨甲基结构的苯硼酸结构;
其中,m为A的个数,m≥2;
其中,Q为两个或多个A之间的连接基团,选自单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基;
其中,p为Q的个数,p≥0。
在本发明中所述的同时含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元以及氨甲基苯硼酸基元的化合物(III),其可以如下结构表示:
其中,A为含有氨甲基苯硼酸基元的基团;x为A的个数,x≥1;当x≥2时,基团A可选自同一种结构或多种不同结构;G为含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的基团;y为G的个数,y≥1;当y≥2时,基团G可选自同一种结构或多种不同结构;T为两个或多个A之间、或者两个或多个G之间、或者A与G之间的连接基团,所述的T结构可选自以下任一种或任几种:单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基;v为基团T的个数,v≥1;当v≥2时,T可选自同一种结构或多种不同结构。
在本发明中所述的含有氨甲基苯硼酸酯键和其他反应性基团的化合物(IV),其可以如下结构表示:
其中,E为含有氨甲基苯硼酸酯键的模块;u为模块E的个数,u≥1;Y为单个模块E上的取代基团,或者为单个模块E上的取代基团和两个或多个模块E之间的连接基团,且至少一个基团Y与氨甲基苯硼酸酯键的氨甲基苯硼酸基元相连,至少一个基团Y与氨甲基苯硼酸酯键的二醇基元相连;其中,在至少一个基团Y中含有至少一个其他反应性基团,并且在所有基团Y中含有的其他反应性基团数大于等于2;r为基团Y的个数,r≥2。
本发明中所述的化合物(V),对于其结构没有特别限定,任意合适的不含有二醇基元、氨甲基苯硼酸基元以及氨甲基苯硼酸酯键但含有其他反应性基团的化合物均可选作为本发明中的化合物(V)。
在本发明的实施方式中,所述的动态聚合物及其组成的形态可以是普通固体、胶、弹性体、有机凝胶(包括普通有机凝胶、齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、离子液体溶胀凝胶)、泡沫材料。
在动态聚合物材料的制备过程中,还可以加入某些可添加的助剂、填料进行共混来共同组成动态聚合物材料,但这些添加物并不是必须的。
本发明的动态聚合物材料,其具有广阔的应用前景,可应用于以下制品:粘结剂、夹层胶、韧性材料、形状记忆材料、密封材料、玩具、力传感器。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)动态聚合物材料中的氨甲基苯硼酸酯键的动态性强、动态反应条件温和。相比于现有的其他动态共价体系,本发明在氨甲基苯硼酸结构中苯硼酸的邻位连接有氨甲基基团后,降低了硼酸的pKa值,促进了动态氨甲基苯硼酸酯键在酯交换过程中的质子转移和离去基团解离,提高了氨甲基苯硼酸与二醇进行酯交换反应的速率。可在无需催化剂、无需高温、光照或特定pH的条件下实现动态聚合物的合成以及氨甲基苯硼酸酯键的强动态可逆性,在提高了制备效率的同时,也降低了使用环境的局限性,扩展了聚合物的应用范围。此外,通过可选择性地控制其他条件(如加入助剂、调整反应温度等),能够在适当的环境下,加速或淬灭动态共价化学平衡,使其处于所需的状态,这在现有的超分子化学以及动态共价体系里面是较难做到的。
(2)聚合物材料具有良好的可调控性。通过控制作为原料的化合物的分子结构(特别是氨甲基苯硼酸基元和二醇基元的官能团结构)、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同表观特征、性能可调、用途广泛的动态聚合物材料。当动态聚合物中引入其他有机硼酸酯键时,可以在更大范围内对聚合物材料中动态可逆键的动态性进行组合搭配和调控,基于其他有机硼酸酯键与氨甲基苯硼酸酯键动态性的差异,能够获得结构更为丰富、性能更为多样、动态可逆效果更具层次性的聚合物材料。
(3)利用多官能团组分进行反应,能够得到交联的动态聚合物,使得材料在力学性能、热稳定性、耐溶剂性、抗蠕变性能等方面有更好的表现;特别是,利用多官能团组分进行反应,降低了无效闭环造成的不良影响,从而更大限度地保证了组分的利用率以及材料性能的稳定性和可靠性,从而得到性能更为优异的动态聚合物材料。此外,传统的交联聚合物一般韧性比较有限,而在聚合物中引入动态氨甲基苯硼酸酯键并将其作为聚合链接点和/或交联链接点后,氨甲基苯硼酸酯键在外力作用下能以“可牺牲键”的形式进行断裂,为交联聚合物提供了足够的韧性,从而使得聚合物材料能够获得优异的拉伸韧性和抗撕裂性。
参考下述实施方式说明、实施例和所附权利要求书,本发明的这些和其他特征以及优点将变得显而易见。
具体实施方式
本发明的一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;
并且,组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中含有大分子多元醇化合物(I)或组分(2)中含有大分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种大分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,或至少一种大分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种小分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少含有一种小分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种小分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少含有一种小分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II)。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),或组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II);其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),且组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II);其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的大分子多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的大分子苯硼酸化合物(II);
其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
至少一种同时含有一个或一个以上二醇基元和一个或一个以上氨甲基苯硼酸基元的化合物(III),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
其中,至少一种化合物(III)含有的二醇基元数和氨甲基苯硼酸基元数之和为三个或三个以上。
在本发明的实施方式中,动态聚合物中的氨甲基苯硼酸酯键完全水解后,也可以同时含有化合物(III)和多元醇化合物(I)和/或苯硼酸化合物(II)。
其中,所述的1,2-二醇基元,其可选自乙二醇及其被取代形式失去至少一个非羟氢原子后形成的残基、以及邻二酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合失去至少一个非羟氢原子后形成的残基;
其中,所述的1,3-二醇基元,其可选自1,3-丙二醇及其被取代形式失去至少一个非羟氢原子后形成的残基、以及2-羟甲基酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合失去至少一个非羟氢原子后形成的残基。
在本发明中所述的氨甲基苯硼酸基元,其选自2-(氨甲基)苯硼酸2-(氨甲基)苯硼酸酯(其中K1、K2、K3为以碳、氢原子为主的烃基或以硅、氢原子为主的硅烷基,其通过碳原子或硅原子与氧原子相连)失去至少一个苯环或氨基上的氢原子后形成的残基,其中,氨甲基中的氨基选自伯胺、仲胺、叔胺或季铵盐。
其中,在本发明中所述的氨甲基苯基元,其为氨甲基苯硼酸基元中除去硼酸基或硼酸酯基后剩下的残基,即其中,表示与氢原子、小分子烃基链、聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接。
在本发明中所述的官能团,在没有其他特别指明的情况下,均指的是以上所述的1,2-二醇基元、或者1,3-二醇基元、或者氨甲基苯硼酸基元、或者它们的组合。其中,一个1,2-二醇基元或一个1,3-二醇基元或一个氨甲基苯硼酸基元即为一个官能团。
在本发明各实施方式中的组分(1)中可包含一种、两种或两种以上的多元醇化合物(I);组分(2)中可包含一种、两种或两种以上的苯硼酸化合物(II)。
本发明中所述的氨甲基苯硼酸酯键具有五元环或六元环,其由二醇基元与氨甲基苯硼酸基元进行反应形成,其具有以下两种典型结构:
其中,表示与氢原子、小分子烃基链、聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;并且不同的之间可以连接成环,所述的环包括但不仅限于脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合。
本发明的另一种实施方式,一种动态聚合物材料,其特征在于,其除了含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,还含有二醇基元与其他有机硼酸基元形成的其他有机硼酸酯键;
其中,所述的其他有机硼酸酯键,其具有如下结构且不包含所述的氨甲基苯基元结构:
其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;表示与氢原子、小分子烃基链、聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;并且同一个碳原子上的不同可以连接成环,不同碳原子上的也可以连接成环,所述的环包括但不仅限于脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合。由于所述的其他有机硼酸酯键比所述的氨甲基苯硼酸酯键的动态性弱,两者的组合可以获得优异的效果,包括但不限于次序性的动态解离和生成、梯度热稳定性,可以有利于制备形状记忆材料、蠕变性能可调的粘结剂、应力/应变特征可调的魔幻玩具等。
在本发明中所述的其他有机硼酸基元,其可选自其他有机硼酸基、其他有机硼酸酯基。
在本发明中所述的其他有机硼酸基,指的是由硼原子以及与该硼原子相连的两个羟基所组成的结构基元且其中的硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上,并且其不包含所述的氨甲基苯基元。
在本发明中所述的其他有机硼酸酯基,指的是由硼原子、与该硼原子相连的两个氧原子和与此两个氧原子相连的烃基或硅烷基所组成的结构基元(其中K4、K5、K6为以碳、氢原子为主的烃基或以硅、氢原子为主的硅烷基,其通过碳原子或硅原子与氧原子相连),且其中的硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上,并且其不包含所述的氨甲基苯基元。
本发明中所述的“聚合物链骨架”,指的是存在于动态聚合物交联网络骨架中的任意链段。
在本发明的实施方式中,可至少利用以下几种化合物进行合理配方组合作为原料反应获得动态聚合物材料:
含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的多元醇化合物(I);含有氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);同时含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元以及氨甲基苯硼酸基元的化合物(III);含有氨甲基苯硼酸酯键和其他反应性基团的化合物(IV);不含有1,2-二醇基元、1,3-二醇基元、氨甲基苯硼酸基元以及氨甲基苯硼酸酯键但含有其他反应性基团的化合物(V);其中,多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)均含有至少两个官能团且至少一种多元醇化合物(I)或苯硼酸化合物(II)或化合物(III)为三官能团及其以上,化合物(IV)均含有至少两个其他反应性基团;其中,多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)和化合物(V)不单独作为原料制备动态聚合物材料。
所述的多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)、化合物(IV)、化合物(V),其可以是分子量不超过1000Da的小分子化合物,也可以是分子量大于1000Da的大分子化合物;在多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)中,可以含有或者不含有其他反应性基团。
所述的其他反应性基团,指的是能够自发地或者能够在引发剂或光、热、辐照、催化等条件下进行化学反应生成普通共价键和其他有机硼酸酯键的基团,合适的基团包括但不仅限于:羟基、羧基、羰基、酰基、酰胺基、酰氧基、氨基、醛基、磺酸基、磺酰基、巯基、烯基、炔基、氰基、嗪基、肟基、肼基、胍基、卤素、异氰酸酯基团、酸酐基团、环氧基团、硅氢基团、丙烯酸酯基团、丙烯酰胺基团、马来酰亚胺基团、琥珀酰亚胺酯基团、降冰片烯基团、偶氮基团、叠氮基团、杂环基团、三唑啉二酮、碳自由基、氧自由基、其他有机硼酸基、其他有机硼酸酯基等;优选羟基、氨基、巯基、烯基、异氰酸酯基团、环氧基团、丙烯酸酯基团、丙烯酰胺基团。
在本发明中所述的其他反应性基团,其在体系中起到的作用,是在所述的化合物本身或其与其他化合物之间或与其反应产物之间直接通过所述的其他反应性基团的反应形成普通共价键或其他有机硼酸酯键,从而使得所述化合物和/或其反应产物的分子量增大/官能度增加,在化合物和/或其反应产物之间形成聚合。此外,在本发明中也可利用其他反应性基团对动态聚合物进行功能化改性,如通过反应在聚合物中引入发光基团、憎水基团、生物活性基团等。
在本发明中,也可以选用单官能团的多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)以及仅含有一个其他反应性基团的化合物(IV)和化合物(V),用于对动态聚合物的聚合度和/或交联度进行调控。
在化合物原料相互反应后,组分之间能够进行聚合和交联,获得分子量更高的交联的动态聚合物。其中,化合物原料中的官能团可以完全反应,也可以部分反应,并不要求其中所有的二醇基元和氨甲基苯硼酸基元都完全相互反应形成氨甲基苯硼酸酯键,而且对其反应后的交联程度并未做限定,只要形成的氨甲基苯硼酸酯键足以使得在反应产物中形成并维持交联网状结构即可。
在本发明中所述的多元醇化合物(I),其可以如下结构表示:
其中,G为含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的基团;n为G的个数,n≥2;L为两个或多个G之间的连接基团;q为L的个数,q≥0。
所述的G可为单一结构或多种结构,即任一种多元醇化合物(I)中含有的G可以相同,也可以不同;其选自以下任一种结构:含有1,2-二醇基元的线型结构、含有1,2-二醇基元的环状结构、含有1,3-二醇基元的线型结构、含有1,3-二醇基元的环状结构。
所述的含有1,2-二醇基元的线型结构,其可选自以下任一种结构或其异构形式:
其中,R1~R3为与1,2-二醇基元相连的一价基团;表示G与L相连的位置(在G结构中出现的均代表此含义,以下不再说明);其中,L与R1~R3连接在1,2-二醇基元的两个碳原子上。
其中,R1~R3各自独立地选自以下任一种结构:氢原子、杂原子基团、分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基;
其中,A1~A4的异构形式各自独立地选自位置异构、构象异构、手性异构中任一种。
特别地,当q=0,且G选自含有1,2-二醇基元的线型结构时,两个或多个G之间可以通过共用一个碳原子或共用一个碳碳单键的形式来构成多元醇化合物(I)。
当q>0时,两个或多个G之间可以通过以下任一种或任几种的L来构成多元醇化合物(I):单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da的二价或多价无机大分子链残基。此时,形成的多元醇化合物(I)的典型结构如:
其中,g为一个固定值或平均值,优选g≥36。
所述的含有1,2-二醇基元的环状结构,其由乙二醇分子残基中的两个碳原子间通过同一个基团相连而成,或者由邻二酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合构成;其中,环状结构为3~200元环,优选3~50元环,更优选3~10元环,环状结构的数量为1个、2个或更多个,G中的环状结构可选自以下任一种:脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合;
其中,环状结构中均包含有1,2-二醇基元;
其中,L连接在1,2-二醇基元环状结构的成环原子上。
合适的含有1,2-二醇基元的环状结构举例如:
特别地,当q=0,且G选自含有1,2-二醇基元的环状结构时,两个或多个G之间可以通过共用一个碳原子、共用一个碳碳单键或共用一个碳碳双键的形式来构成多元醇化合物(I)。此时,形成的多元醇化合物(I)的典型结构如下:
当q>0时,两个或多个G之间可以通过以下任一种或任几种的L来构成多元醇化合物(I):单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da的二价或多价无机大分子链残基。此时,形成的多元醇化合物(I)的典型结构如下:
其中,g为一个固定值或平均值,优选g≥36。
所述的含有1,3-二醇基元的线型结构,其可选自以下任一种结构或其异构形式:
其中,R4~R8为与1,3-二醇基元相连的一价基团;表示G与L相连的位置;其中,L与R4~R8连接在1,3-二醇基元的三个碳原子上。
其中,R4~R8各自独立地选自以下任一种结构:氢原子、杂原子基团、分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基;
其中,B1~B6的异构形式各自独立地选自位置异构、构象异构、手性异构中任一种。
当q=0,且G选自含有1,3-二醇基元的线型结构时,两个或多个G之间可以通过共用一个碳原子或共用一个碳碳单键的形式来构成多元醇化合物(I)。此时,形成的多元醇化合物(I)的典型结构如下:
当q>0时,G选自B1~B6或其异构形式,两个或多个G之间可以通过以下任一种或任几种的L来构成多元醇化合物(I):单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da的二价或多价无机大分子链残基。此时,形成的多元醇化合物(I)的典型结构如下:
其中,g为一个固定值或平均值,优选g≥36。
所述的含有1,3-二醇基元的环状结构,其由1,3-丙二醇分子残基中的两个碳原子间通过同一个基团相连构成,或者由2-羟甲基酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合构成;环状结构为3~200元环,优选3~10元环,更优选3~6元环,环状结构的数量为1个、2个或更多个,G中的环状结构可选自以下任一种:脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合;
其中,环状结构中均包含有1,3-二醇基元;
其中,L连接在1,3-二醇基元环状结构的成环原子上和1,3-二醇基元的碳原子上。
合适的含有1,3-二醇基元的环状结构举例如:
当q=0,且G选自含有1,3-二醇基元的环状结构时,两个或多个G之间可以通过共用一个碳原子、共用一个碳碳单键或共用一个碳碳双键的形式来构成多元醇化合物(I)。此时,形成的多元醇化合物(I)的典型结构如下:
当q>0时,两个或多个G之间可以通过以下任一种或任几种的L来构成多元醇化合物(I):单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da的二价或多价无机大分子链残基。此时,形成的多元醇化合物(I)的典型结构如下:
其中,g为一个固定值或平均值,优选g≥36。
在单个G中仅包含有一个1,2-二醇基元或1,3-二醇基元。
所述L选自以下任一种结构:单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da的二价或多价无机大分子链残基;
当q>0时,两个或多个G之间通过上述L连接构成多元醇化合物(I);当q=0时,两个或多个G之间通过共用一个碳原子、共用一个碳碳单键或共用一个碳碳双键的形式构成多元醇化合物(I),举例如下:
上述多元醇化合物(I)的典型结构仅为更好地说明多元醇化合物(I)在此条件下所具有的结构而提出,提出的典型结构仅为此条件下最有代表性的一些结构,而非对本发明保护范围的限定。
在本发明中所述的苯硼酸化合物(II),其可以如下结构表示:
其中,A为含有氨甲基苯硼酸基元的基团;m为A的个数,m≥2;Q为两个或多个A之间的连接基团;p为Q的个数,p≥0。
任一种苯硼酸化合物(II)中含有的A具有单一结构或多种结构,即任一种苯硼酸化合物(II)中含有的A可以相同,也可以不同;其选自以下任一种结构:邻位连有线型氨甲基结构的苯硼酸结构,邻位连有环状氨甲基结构的苯硼酸结构。
所述的邻位连有线型氨甲基结构的苯硼酸结构,其氨甲基中的氨基所在结构为线型结构,其选自以下任一种结构或其异构形式:
其中,Bor代表硼酸基或硼酸酯基;R9~R13为与氨甲基苯硼酸基元相连的一价基团;表示A与Q相连的位置(在A结构中出现的均代表此含义,以下不再说明);Q与R9~R13连接在氨甲基苯硼酸基元中苯环的碳原子和氨基的氮原子上。
其中,R9~R13各自独立地选自以下任一种结构:氢原子、杂原子基团、分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基;
其中,C1~C6的异构形式各自独立地选自位置异构、构象异构中任一种;
其中,C1~C6及其异构结构中的氨基选自伯胺、仲胺、叔胺或季铵盐。
当p=0,且A选自邻位连有线型氨甲基结构的苯硼酸结构时,两个或多个A之间可以以共用一个碳碳双键或共用一个苯环的形式来得到苯硼酸化合物(II)。此时,形成的苯硼酸化合物(II)的典型结构如下:
其中,上述结构中的硼酸也可以硼酸酯的形式存在。
当p>0时,两个或多个A之间可以通过以下任一种或任几种的Q来构成苯硼酸化合物(II):单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基。此时,形成的苯硼酸化合物(II)的典型结构如下:
其中,g为一个固定值或平均值,优选g≥36,同时,上述结构中的硼酸也可以硼酸酯的形式存在。
所述的邻位连有环状氨甲基结构的苯硼酸结构,其氨甲基中的氨基所在结构为环状结构,环状结构的数量为1个,环状结构可为3~6元的任一种氮杂单环,且成环原子各自独立地为碳原子或杂原子;所述的杂原子可选自氮原子、氧原子、硫原子、磷原子、硅原子、硼原子;氮杂环的成环原子上的氢原子可以被任一取代基取代,也可以不被取代。概括地讲,所述的氮杂环包括但不限于氮杂三元环、氮杂四元环、吡咯、四氢吡咯、哌啶、吡唑、咪唑等;氮杂环优选氮杂三元环、四氢吡咯、哌啶。举例如下:
其中,上述结构中的硼酸也可以硼酸酯的形式存在。
其中,Q连接在氨甲基苯硼酸基元中苯环的碳原子上和氨基所在环状结构的成环原子上。
其中,邻位连有环状氨甲基结构的苯硼酸结构中的氨基选自叔胺或季铵盐。
当p=0,且A选自邻位连有环状氨甲基结构的苯硼酸结构时,两个或多个A之间可以通过共用一个碳原子、共用一个碳碳单键、共用一个碳碳双键或共用一个苯环的形式来得到苯硼酸化合物(II)。此时,形成的苯硼酸化合物(II)的典型结构如下:
其中,上述结构中的硼酸也可以硼酸酯的形式存在。
当p>0时,两个或多个A之间可以通过以下任一种或任几种的Q来构成苯硼酸化合物(II):单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基。此时,形成的苯硼酸化合物(II)的典型结构如下:
其中,g为一个固定值或平均值,优选g≥36,同时,上述结构中的硼酸也可以硼酸酯的形式存在。
在单个A中仅包含有一个氨甲基苯硼酸基元。
所述Q选自以下任一种结构:单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基。
当p>0时,两个或多个A之间通过上述Q连接构成苯硼酸化合物(II);当p=0时,两个或多个A之间通过共用一个碳原子、共用一个碳碳单键、共用一个碳碳双键或共用一个苯环的形式构成苯硼酸化合物(II),举例如:
其中,上述结构中的硼酸也可以硼酸酯的形式存在。
上述苯硼酸化合物(II)的典型结构仅为更好地说明苯硼酸化合物(II)在此条件下所具有的结构而提出,提出的典型结构仅为此条件下最有代表性的一些结构,而非对本发明保护范围的限定。
在本发明中所述的同时含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元以及氨甲基苯硼酸基元的化合物(III),其可以如下结构表示:
其中,A为含有氨甲基苯硼酸基元的基团,其具体定义可参考苯硼酸化合物(II)中基团A的定义,这里不再赘述;x为A的个数,x≥1;当x≥2时,基团A可选自同一种结构或多种不同结构;G为含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的基团,其具体定义可参考多元醇化合物(I)中基团G的定义,这里不再赘述;y为G的个数,y≥1;当y≥2时,基团G可选自同一种结构或多种不同结构;T为两个或多个A之间、或者两个或多个G之间、或者A与G之间的连接基团,所述的T结构可选自以下任一种或任几种:单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基,其具体定义可参考苯硼酸化合物(II)中基团Q的定义,这里不再赘述;v为基团T的个数,v≥1;当v≥2时,T可选自同一种结构或多种不同结构。
在多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)中,除了含有二醇基元、氨甲基苯硼酸基元外,还可以选择性地含有其他反应性基团,其中也包括其他有机硼酸基和/或其他有机硼酸酯基。
在本发明中所述的含有氨甲基苯硼酸酯键和其他反应性基团的化合物(IV),其可以如下结构表示:
其中,E为含有氨甲基苯硼酸酯键的模块;u为模块E的个数,u≥1;Y为单个模块E上的取代基团,或者为单个模块E上的取代基团和两个或多个模块E之间的连接基团,且至少一个基团Y与氨甲基苯硼酸酯键的氨甲基苯硼酸基元相连,至少一个基团Y与氨甲基苯硼酸酯键的二醇基元相连;其中,在至少一个基团Y中含有至少一个其他反应性基团,并且在所有基团Y中含有的其他反应性基团数大于等于2;r为基团Y的个数,r≥2。
所述的含有氨甲基苯硼酸酯键的模块E,其可以如下结构表示:
其中,表示与基团Y或氢原子、杂原子基团、分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基的连接;并且不同的之间可以连接成环,所述的环包括但不仅限于脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合。
在本发明中,所述的含有氨甲基苯硼酸酯键的模块E,可以通过本发明中所提到的任一种或任几种含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的基团G与任一种或任几种含有氨甲基苯硼酸基元的基团A通过二醇基元与氨甲基苯硼酸基元之间的缩合反应或酯交换反应所得。
当u=1时,Y为单个模块E上的取代基团,Y可选自同一种结构或多种不同结构,并且Y含有的其他反应性基团的数量和结构必须保证可以获得所述的动态聚合物材料;所述的Y结构可选自以下任一种或任几种:分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基。
当u>1时,模块E可选自同一种结构或多种不同结构,Y为单个模块E上的取代基团和两个或多个模块E之间的连接基团,Y可选自同一种结构或多种不同结构,并且Y含有的其他反应性基团的数量和结构必须保证可以获得所述的动态聚合物材料;所述的Y结构可选自分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基中的至少一种以及单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基中的至少一种。
对于含有氨甲基苯硼酸酯键和其他反应性基团的化合物(IV),其一般为含有氨甲基苯硼酸酯键的单体、含有氨甲基苯硼酸酯键的低聚物、含有氨甲基苯硼酸酯键的预聚物。化合物(IV)可通过任意合适的方法制备,包括通过合适的多元醇化合物(I)和苯硼酸化合物(II)进行制备。
本发明中所述的化合物(V),对于其结构没有特别限定,任意合适的不含有二醇基元、氨甲基苯硼酸基元以及氨甲基苯硼酸酯键但含有其他反应性基团的化合物均可选作为本发明中的化合物(V),需要说明的是,在本发明所述的化合物(V)中,可以选择性地包含有所述的其他有机硼酸基和/或其他有机硼酸酯基。
在本发明中所提到的杂原子基团,其可以是任意合适的含有杂原子的基团,其可选自以下任一种基团,但本发明不仅限于此:卤素、羟基、硫醇、羧基、硝基、伯胺基、硅基、磷基、三氮唑、异噁唑、酰胺基、酰亚胺基、硫代酰胺基、烯胺基、碳酸酯基、氨基甲酸酯基、硫酯基、原酸酯基、磷酸酯基、亚磷酸酯基、次磷酸酯基、膦酸酯基、磷酰基、亚磷酰基、次磷酰基、碳酰胺、硫代酰胺、磷酰胺、亚磷酰胺、焦磷酰胺、环磷酰胺、异环磷酰胺、硫代磷酰胺、乌头酰基、肽键、偶氮基、脲基、异脲基、异硫脲基、脲基甲酸酯基、硫脲基甲酸酯基、胍基、脒基、氨基胍基、氨基脒基、亚氨酸基、亚氨酸硫酯基、硝酰基、亚硝酰基、磺酸基、磺酸酯基、亚磺酸酯基、磺酰胺基、亚磺酰胺基、磺酰肼基、磺酰脲基、马来酰亚胺、三唑啉二酮。
在本发明中所提到的分子量不超过1000Da的小分子烃基,其一般含有1到71个碳原子,其可含有杂原子基团,也可不含有杂原子基团。概括地讲,所述的小分子烃基可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:C1-71烷基、环C3-71烷基、苯基、苄基、芳烃基;小分子烃基优选为甲基、乙基、丙基、丙烯、丁基、丁烯、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、环己基、苯基;更优选为甲基、乙基、丙基、苯基。
在本发明中所提到的分子量大于1000Da的聚合物链残基,其可为任意合适的聚合物链残基,包括但不仅限于碳链聚合物残基、杂链聚合物残基、元素有机聚合物残基。其中,聚合物可为均聚物,也可为任几种单体、低聚物或聚合物组成的共聚物;聚合物链可为柔性链,也可为刚性链。
其中,所述的碳链聚合物残基,其可以是任意合适的大分子主链主要由碳原子构成的聚合物残基,其可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:聚烯烃类链残基,如聚乙烯链残基、聚丙烯链残基、聚异丁烯链残基、聚苯乙烯链残基、聚氯乙烯链残基、聚偏氯乙烯链残基、聚氟乙烯链残基、聚四氟乙烯链残基、聚三氟氯乙烯链残基、聚醋酸乙烯酯链残基、聚乙烯基烷基醚链残基、聚丁二烯链残基、聚异戊二烯链残基、聚氯丁二烯链残基、聚降冰片烯链残基、聚乙烯醇残基等;聚丙烯酸类链残基,如聚丙烯酸链残基、聚丙烯酰胺链残基、聚丙烯酸甲酯链残基、聚甲基丙烯酸甲酯链残基等;聚丙烯腈类链残基,如聚丙烯腈链残基等;优选聚乙烯链残基、聚丙烯链残基、聚苯乙烯链残基、聚氯乙烯链残基、聚丁二烯链残基、聚异戊二烯链残基、聚丙烯酸链残基、聚丙烯酰胺链残基、聚丙烯腈链残基。
所述的杂链聚合物残基,其可以是任意合适的大分子主链主要由碳原子和氮、氧、硫等杂原子构成的聚合物残基,其可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:聚醚类链残基,如聚环氧乙烷链残基、聚环氧丙烷链残基、聚四氢呋喃链残基、环氧树脂链残基、酚醛树脂链残基、聚苯醚链残基等;聚酯类链残基,如聚己内酯链残基、聚戊内酯链残基、聚丙交酯链残基、聚对苯二甲酸乙二醇酯链残基、不饱和聚酯链残基、醇酸树脂链残基、聚碳酸酯链残基、生物聚酯链残基、液晶聚酯链残基等;聚胺类链残基,如聚酰胺链残基、聚酰亚胺链残基、聚氨酯链残基、聚脲链残基、聚硫代氨基甲酸酯链残基、脲醛树脂链残基、蜜胺树脂链残基、液晶聚合物链残基等;聚硫类链残基,如聚砜链残基、聚苯硫醚链残基等;优选聚环氧乙烷链残基、聚四氢呋喃链残基、环氧树脂链残基、聚己内酯链残基、聚丙交酯链残基、聚酰胺链残基、聚氨酯链残基、聚脲链残基;所述的杂链聚合物残基,其可通过点击反应,如CuAAC反应、thiol-ene反应形成。
所述的元素有机聚合物残基,其可以是任意合适的大分子主链主要由硅、硼、铝等无机元素杂原子和氮、氧、硫、磷等杂原子构成的聚合物残基,其可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:有机硅类聚合物链残基,如聚有机硅烷链残基、聚有机硅氧烷链残基、聚有机硅硼烷链残基、聚有机硅氮烷链残基、聚有机硅硫烷链残基、聚有机磷硅氧烷链残基、聚有机金属硅氧烷链残基;有机硼类聚合物链残基,如聚有机硼烷链残基、聚有机硼氮烷链残基、聚有机硼硫烷链残基、聚有机硼磷烷链残基等;有机磷类聚合物链残基;有机铅类聚合物链残基;有机锡类聚合物链残基;有机砷类聚合物链残基;有机锑类聚合物链残基;优选聚有机硅烷链残基、聚有机硅氧烷链残基、聚有机硼烷链残基。
在本发明中所提到的分子量不超过1000Da的无机小分子链残基,其可以是任意合适的分子主链和侧链均主要由硅、硼、铝等无机元素杂原子和氮、氧、硫、磷等杂原子构成的无机小分子链残基,概括地讲,所述的无机小分子链残基可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式:硅烷链残基、硅氧化合物链残基、硫硅化合物链残基、硫氮化合物链残基、磷腈化合物链残基、磷氧化合物链残基、硼烷链残基、硼氧化合物链残基;优选硅烷链残基、硅氧化合物链残基、磷腈化合物链残基、硼烷链残基。
在本发明中所提到的分子量大于1000Da的无机大分子链残基,其可以是任意合适的大分子主链和侧链均主要由硅、硼、铝等无机元素杂原子和氮、氧、硫、磷等杂原子构成的无机大分子链残基,其可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:聚硅烷链残基、聚硅氧烷链残基、聚硫硅链残基、聚硫氮链残基、聚磷酸链残基、聚磷腈链残基、聚氯代磷腈链残基、聚硼烷链残基;也可选自以下组中任一种带有残基的无机大分子、任一种经过表面改性的带有残基的无机大分子:沸石型分子筛、磷酸铝分子筛、磷酸锆分子筛、杂多酸盐分子筛、金刚石、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、富勒烯、碳纤维、白磷、红磷、五氧化磷、硫化钼、二氧化硅、二硫化硅、氮化硅、碳化硅、滑石、高岭土、蒙脱石、云母、石棉、长石、水泥、玻璃、石英、陶瓷、氧化硼、氮化硫、硅化钙、玻璃纤维、氧化铍、氧化镁、氧化汞、硼氢化物、氮化硼、碳化硼、氮化铝、水铝石、水铝矿、刚玉、二氧化钛;优选聚硅烷链残基、聚硅氧烷链残基、聚磷腈链残基、聚硼烷链残基、经过表面改性的石墨烯、经过表面改性的碳纳米管、经过表面改性的碳纤维、经过表面改性的二氧化硅、经过表面改性的氮化硅、经过表面改性的碳化硅、经过表面改性的玻璃纤维、经过表面改性的氮化硼。
对于小分子烃基、聚合物链残基、无机大分子链残基的结构并未作特别限定,其可以是直链型、支链型、多臂结构型、星型、H型、梳型、树枝型、单环型、多环型、螺环型、稠环型、桥环型、带环状结构的链型、二维和三维团簇型及其组合;在小分子烃基、聚合物链残基、无机大分子链残基中,可以含有柔性链段,也可含有刚性链段,也可以同时含有柔性和刚性链段。
在本发明中所述的“单键”,其指的是在化合物分子中两个原子间以共用一对电子而构成的普通共价键,其可选自碳碳单键、碳氮单键、氮氮单键。
在本发明中所述的“杂原子连接基”,其可以是任意合适的含有杂原子的连接基团,其可选自以下任一种或任几种的组合:醚基、硫基、羰基、砜基、酰胺基、碳酸酯基、氨基甲酸酯基、脲基、二价胺基、三价胺基、二价硅基、三价硅基、四价硅基、二价磷基、三价磷基、二价硼基、三价硼基。
本发明中所用术语“分子量”均代表物质的相对分子质量,对于小分子化合物、小分子基团及某些具有固定结构的大分子化合物、大分子基团而言,其分子量一般具有单分散性,也即具有固定分子量;而对于低聚物,高聚物、低聚物残基、高聚物残基等具有多分散性分子量的物质,其分子量一般指代平均分子量。其中,本发明中的小分子化合物、小分子基团特指分子量不超过1000Da的化合物或基团;大分子化合物、大分子基团特指分子量大于1000Da的化合物或基团。
本发明中所用术语“聚合”为链的增长过程/作用,主要指的是较低分子量的反应物通过缩聚、加聚、开环聚合等反应形式合成具有较高分子量的产物的过程。在这其中,反应物一般为具有聚合能力(即能够自发地进行聚合,或者能够在引发剂或外加能作用下进行聚合)的单体、低聚物、预聚物等化合物。由一种反应物进行聚合得到的产物称为均聚物。由两种或两种以上反应物进行聚合得到的产物称为共聚物。需要指出的是,在本发明中所述的“聚合”,其包含反应物分子链的线性增长过程,包含反应物分子链的支化过程,包含反应物分子链的成环过程,但并不包含反应物分子链的交联过程;即所述的“聚合”,指的是除交联反应过程之外的反应物分子链聚合增长过程。
本发明中所用术语“交联”,主要指的是反应物分子间和/或反应物分子内通过动态共价键形成具有二维、三维团簇型继而生成二维、三维无限网状型产物的过程。在交联过程中,聚合物链一般先在二维/三维方向不断增长,逐步形成团簇(可以是二维或者三维),再发展为三维无限网络。反应物在交联过程中,粘度突增,开始出现凝胶化现象,初次达到一个三维无限网络时的反应点,称为凝胶点,也称为渗滤阈值。处于凝胶点以上(含,下同)的交联产物,其具有三维无限网络结构,交联网络构成一个整体并横跨整个聚合物结构,交联结构较为稳定和牢固;处于凝胶点以下的交联产物,并未形成三维无限网络结构,仅在局部存在少量的二维或三维网络结构,并不属于横跨整个聚合物结构的能够构成一个整体的交联网络。
本发明中所述的“有机基团”,指的是主要以碳元素和氢元素作为骨架所构成的基团,其可以是分子量不超过1000Da的小分子基团,也可以是分子量大于1000Da的聚合物链残基,合适的基团举例如:甲基、乙基、乙烯基、苯基、苄基、羧基、醛基、乙酰基、丙酮基等。
本发明中所述的“有机硅基团”,指的是主要以硅元素和氢元素作为骨架所构成的基团,其可以是分子量不超过1000Da的小分子硅烷基,也可以是分子量大于1000Da的有机硅类聚合物链残基,合适的基团举例如:硅烷基、硅氧烷基、硅硫烷基、硅氮烷基等。
本发明中所述的“普通共价键”,指的即是传统意义上的除动态共价键以外的共价键,其为原子间通过共用电子对所形成的一种相互作用,在通常温度下(一般不高于100℃)和通常时间内(一般小于1天)较难发生断裂,其包括但不仅限于通常的碳-碳键、碳-氧键、碳-氢键、碳-氮键、碳-硫键、氮-氢键、氮-氧键、氢-氧键、氮-氮键等。
本发明中所用术语“杂原子”是指氮原子、氧原子、硫原子、磷原子、硅原子、硼原子等常见的非碳原子。
本发明中,烃中任一位置的碳原子被杂原子取代形成的化合物,统称为“杂烃”。
本发明中所用术语“烷基”是指具有直链或支链结构的饱和烃基。在适当的情况下,烷基可具有指定的碳原子数,例如,C1-4烷基,所述烷基包括在直链或支链排列中具有1、2、3或4个碳原子的烷基。合适的烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、4-甲基丁基、正己基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、5-甲基戊基、2-乙基丁基、3-乙基丁基、庚基、辛基、壬基、癸基。
本发明中所用术语“环烷基”是指饱和的环烃。环烷基环可包括指定的碳原子数。例如,3至8元环烷基包括3、4、5、6、7或8个碳原子。合适的环烷基的实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。
本发明中所用术语“芳烃基”意指在各个环中至多7个原子的任何稳定的单环或多环碳环,其中至少一个环为芳香族的。此类芳基的实例包括但不限于苯基、联苯基、萘基、联萘基、四氢萘基、茚满基、蒽基、联蒽基、菲基、联菲基。
本发明中所用术语“杂芳烃基”表示在各个环中至多7个原子的稳定的单环或多环,其中至少一个环为芳香族且至少一个环含有选自O、N、S、P、Si、B等杂原子。在本定义范围内的杂芳烃基包括但不限于吖啶基、咔唑基、噌啉基、喹喔啉基、喹唑啉基、吡唑基、吲哚基、苯并三唑基、呋喃基、噻吩基、苯硫基、3,4-亚丙基二氧苯硫基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、苯并二噁烷、苯并二氧杂环己烯、喹啉基、异喹啉基、噁唑基、异噁唑基、咪唑基、吡嗪基、哒嗪基、吡啶基、嘧啶基、吡咯基、四氢喹啉、噻唑基、异噻唑基、1,2,4-三唑基、1,2,3-三唑基、1,2,4-噁二唑基、1,2,4-噻二唑基、1,3,5-三嗪基、1,2,4-三嗪基、1,2,4,5-四嗪基和四唑基。
本发明中所提到的脂肪族环,其可为任一种脂环或脂杂环,且成环原子各自独立地为碳原子或杂原子;所述的杂原子可选自氮原子、氧原子、硫原子、磷原子、硅原子、硼原子;脂肪族环成环原子上的氢原子可以被任一取代基取代,也可以不被取代;其可以为单环结构、多环结构、螺环结构、稠环结构、桥环结构、嵌套环结构。概括地讲,所述的脂肪族环包括但不限于环C3-200烷、氮杂环丁烯、方酸、环丁烷二酮、半方酸、茂、吡咯烷、噻唑烷、二氢异噁唑、噁唑烷、环己烯、哌啶、降冰片烷、降冰片烯、降冰片二烯、1,4,7-三氮杂环壬烷、轮环藤宁、噻吩、吡咯、咪唑、噁唑、异噁唑、噻唑、异噻唑、吡唑等;所述的脂肪族环优选环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、噻吩、吡咯;所述的脂肪族环更优选环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷。
本发明中所提到的芳香族环,其可为任一种芳环或芳杂环,且成环原子各自独立地为碳原子或杂原子;所述的杂原子可选自氮原子、氧原子、硫原子、磷原子、硅原子、硼原子;芳香族环成环原子上的氢原子可以被任一取代基取代,也可以不被取代;其可以为单环结构、多环结构、螺环结构、稠环结构、桥环结构、嵌套环结构。概括地讲,所述的芳香族环包括但不限于苯环、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、1,3,5-三嗪、茚、二氢化茚、吲哚、异吲哚、嘌呤、萘、蒽、二氢蒽、氧杂蒽(呫吨)、硫代呫吨、菲、二氢菲、10,11-二氢-5H-二苯并[a,d]环庚烷、二苯并环庚烯、5-二苯并环庚烯酮、喹啉、异喹啉、芴、咔唑、亚氨基二苄、萘乙环、二苯并环辛炔、氮杂二苯并环辛炔等;所述的芳香族环优选苯环、吡啶。
在本发明中所提到的醚环,其可为任一种含有醚键的环,且成环原子各自独立地为碳原子、氧原子或杂原子;所述的杂原子可选自氮原子、硫原子、磷原子、硅原子、硼原子;醚环成环原子上的氢原子可以被任一取代基取代,也可以不被取代;其可以为单环结构、多环结构、螺环结构、稠环结构、桥环结构、嵌套环结构。概括地讲,所述的醚环包括但不限于环氧乙烷、四氢呋喃、四氢吡喃、1,4-二氧六环、呋喃、冠醚等;所述的醚环优选环氧乙烷、四氢呋喃。
在本发明中所提到的缩合环,其可为任一种含有酰胺键、酯键、酰亚胺、酸酐等缩合形成的化学键的环,且成环原子各自独立地为碳原子或杂原子;所述的杂原子可选自氮原子、氧原子、硫原子、磷原子、硅原子、硼原子;缩合环成环原子上的氢原子可以被任一取代基取代,也可以不被取代;其可以为单环结构、多环结构、螺环结构、稠环结构、桥环结构、嵌套环结构。概括地讲,所述的缩合环包括但不仅限于内酯、交酯、内酰胺、环酰亚胺、环酸酐、环肽等;所述的缩合环优选己内酯、丙交酯、己内酰胺。
在本发明的环状结构中所提到的单环结构,指的是在环状结构中只含有一个环,举例如:
所提到的多环结构,指的是在环状结构中含有两个或两个以上独立的环,举例如:
所提到的螺环结构,指的是在环状结构中含有由两个或多个环彼此间通过共用一个原子构成的环状结构,举例如:
所提到的稠环结构(其也包括二环、芳并环结构),指的是在环状结构中含有由两个或多个环彼此间通过共用两个相邻的原子构成的环状结构,举例如:
所提到的桥环结构,指的是在环状结构中含有由两个或多个环彼此间通过共用两个以上相邻的原子构成的环状结构,其具有三维的笼状结构,举例如:
所提到的嵌套环结构,指的是在环状结构中含有由两个或多个环彼此间相连或嵌套构成的环状结构,举例如:
为简便起见,本发明中也将基团中的碳原子数范围以下标形式标注在C的下标位置,表示该基团具有的碳原子数,例如C1-10表示“具有1至10个碳原子”、C3-20表示“具有3至20个碳原子”。“不饱和的C3-20烃基”指C3-20烃基中含有不饱和键的化合物。“取代的C3-20烃基”指C3-20烃基的氢原子被取代得到的化合物。“杂化的C3-20烃基”指C3-20烃基中的碳原子被杂原子取代得到的化合物。当一个基团可选自C1-10烃基时,其可选自下标所示范围中任一种碳原子数的烃基,即可选自C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10烃基中任一种烃基。本发明中,在没有特别说明的情况下,以区间形式标记的下标均表示可选自该范围内任一整数,该范围包括两个端点。
为简便起见,本发明中也将具有连续序号的一类具有类似含义的符号标示用“~”进行连接,其表示用“~”所连接的标示内容包含序号区间之间的各个符号标示,例如基团R1~R3表示的即是基团R1、基团R1、基团R3;再例如,A1~A4表示的即是A1、A2、A3、A4。在本发明中其他地方出现的符号标示“~”,均代表此类含义。
当本发明中涉及到的结构具有同分异构体时,没有特别指定的情况下,均可以为其中任一种异构体,其包括位置异构、构象异构、手性异构、顺反异构等。
本发明中所述的位置异构包含由于取代基、官能团或连接基团在二醇基元或氨甲基苯硼酸基元上位置的不同而产生的位置异构结构。
例如,当R1~R2选自同一取代基时,A2的位置异构结构可为:
再例如,当R4~R8选自同一取代基时,B1的位置异构结构可为
再例如,当R9~R13选自同一取代基时,C1的位置异构结构可为
在本发明中所述的构象异构包含因分子内绕键旋转造成原子在空间的各种不同排列而产生的构象异构结构。
例如,C2的构象异构结构可为
在本发明中所述的手性异构包含彼此为镜像关系的手性异构结构。
例如,当1,2-二醇基元的两个碳原子均为手性碳原子时,A1的立体异构结构可为:
再例如,当1,3-二醇基元中的三个碳原子均为手性碳原子时,B1的立体异构结构可为:
本发明中“取代的”,以“取代的烃基”为例,指被取代的“烃基”中任一位置的任一个或一个以上的氢原子可以被任一取代基所取代。没有特别限定的情况下,其中的取代基没有特别限制。
对于一个化合物、一个基团或一个原子,可以同时被取代和被杂化,例如硝基苯基取代氢原子,又如-CH2-CH2-CH2-被替换为-CH2-S-CH(CH3)-。
为了说明的简明性,在本发明的说明书中,利用连接词“和/或”来表示所述的术语可以包含选自连接词“和/或”之前所述的选项,或者选自连接词“和/或”之后所述的选项,或者同时选自连接词“和/或”之前和之后所述的选项这三种情况。例如,说明书中“含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的多元醇化合物(I)”中的“和/或”,其含义即是多元醇化合物(I)可以仅含有1,2-二醇基元,或者仅含有1,3-二醇基元,或者同时含有1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;再例如,说明书中“G为含有1,2-二醇基元和/或1,3-二醇基元的基团”中的“和/或”,其含义即是G为含有1,2-二醇基元的基团,或者为含有1,3-二醇基元的基团,或者为同时含有1,2-二醇基元和1,3-二醇基元的基团。在本发明说明书中其他地方出现的连接词“和/或”,均代表此类含义。
单纯利用双官能团化合物来构成动态聚合物材料时,由于双官能团化合物本身所具有的活性官能团数较少,并且在化合物分子量较大时,这些活性官能团有可能因为分子链的卷曲缠绕而包埋在聚合物链中无法参加反应,降低了多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)之间的反应速率和效率;同时,单纯地利用双官能团化合物进行聚合反应,制得的是线性聚合物材料,其在力学强度、稳定性、耐溶剂性等方面均差于交联聚合物材料,对其应用造成了限制。而利用多官能团化合物进行聚合时,增加了聚合反应活性点,提高了交联聚合效率,同时也使得聚合物中的交联点增多,能够得到具有网络交联结构的聚合物,从而使得材料的力学性能、热稳定性、耐磨性、耐溶剂性及抗蠕变性得以提高,扩展了动态聚合物材料的应用范围。
此外,对于小分子双官能团化合物而言,其在熔融(或溶解)状态下熔体粘度(或溶液粘度)低,分子运动能垒低,一方面利于加工成型,另一方面由于其在相互聚合过程中碰撞几率较大,有利于聚合交联反应。但是,小分子双官能团化合物在聚合过程中也容易形成无效的闭环结构,从而影响聚合度和有效交联,这些都会对制得的聚合物材料的性能造成影响。因此,为了得到性能更为优异和稳定的聚合物材料,保证体系中作为原料的化合物组分中仅含有分子量不超过1000Da的小分子多元醇化合物(I)时,至少一种所述的小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分中仅含有分子量不超过1000Da的小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种所述的小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元。更优选的是,当体系中存在小分子多元醇化合物(I)或者小分子苯硼酸化合物(II)时,尽量保证使用三个或者三个以上官能团的化合物。而且,当在任何一个组分中含有分子量不超过1000Da的小分子多元醇化合物(I)时,需要合理控制双官能团小分子化合物的使用量。
在动态聚合物材料的制备过程中,作为原料的苯硼酸化合物(II)、化合物(III)中的氨甲基苯硼酸基元,其可以氨甲基苯硼酸或氨甲基苯硼酸酯的形式存在。其中,以氨甲基苯硼酸酯形式存在的化合物原料较为稳定,有利于运输与保存;另外,通过在原料中使用氨甲基苯硼酸酯,可以调控最终的动态聚合物中的聚合度、交联度以及动态性等参数,从而可以调控材料的综合性能。
苯硼酸化合物(II)中的氨甲基苯硼酸以氨甲基苯硼酸酯的形式存在时,其在与多元醇化合物(I)、化合物(III)进行反应的过程中,可以先通过水解形成自由硼酸,再与多元醇化合物(I)、化合物(III)反应形成新的氨甲基苯硼酸酯键;也可以直接通过酯交换反应与多元醇化合物(I)、化合物(III)形成新的氨甲基苯硼酸酯键。
对于同时含有一个或一个以上二醇基元和一个或一个以上氨甲基苯硼酸基元的化合物(III),其一般需要通过控制反应条件以及添加合适的反应助剂,使化合物(III)中的二醇基元能够与同种或者不同种化合物(III)中含有的氨甲基苯硼酸基元进行反应形成氨甲基苯硼酸酯键,从而得到动态聚合物材料。一个聚合体系中,除可以含有一种或者多种化合物(III)外,还可以同时含有一种或者多种多元醇化合物(I)和/或一种或者多种苯硼酸化合物(II)。
当原料选自化合物(III)时,为保证原料的稳定性,化合物(III)中的氨甲基苯硼酸基元优先选择以氨甲基苯硼酸酯的形式存在,并且在化合物(III)的制备过程中,应尽量使用非极性惰性溶剂作为反应溶剂,并在低温条件下进行保存;同时,在原料的合成过程中往往也需要加入一些缩合抑制剂,并尽量保证化合物(III)现合现用。考虑到化合物(III)在制备以及保存过程中所采用的方式方法相对较为繁杂,因此用于制备动态聚合物的原料组分优先在多元醇化合物(I)与苯硼酸化合物(II)中进行搭配选择,但化合物(III)也是动态聚合物原料的重要组成之一,在某些特定情况下具有其特定的优势,不能忽略。
在本发明的实施方式中,对于多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III),其在形成动态单体和/或预聚物和/或聚合物的过程中,除了利用化合物中含有的二醇基元和/或氨甲基苯硼酸基元进行反应外,还可同时利用其含有的其他反应性基团可选地与其他成分,如化合物(IV)和/或化合物(V),通过聚合反应进行普通共价连接,共同反应构成动态聚合物材料。也可以将多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)参与形成的预聚物和/或聚合物与其他成分如化合物(IV)和/或化合物(V)共混,然后通过其他成分的普通共价连接形成动态聚合物材料。也可以先形成普通共价连接,再形成动态氨甲基苯硼酸酯键。
对于化合物(IV),其一般是通过化合物(IV)中所含有的其他反应性基团之间的相互反应,或者通过化合物(IV)中所含有的其他反应性基团与化合物(V)和/或由多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)参与形成的预聚物和/或聚合物中所含有的其他反应性基团之间的相互反应,从而得到含有氨甲基苯硼酸酯键的动态聚合物材料。也可以直接由化合物(IV)本身含有的其他反应性基团反应形成普通共价连接。当然,本发明不仅限与此,本领域技术人员可以根据本发明的逻辑和脉络,合理有效地实现。
在本发明的实施方式中,其他反应性基团可通过诸如如下形式的反应得到普通共价键,从而与氨甲基苯硼酸酯键一同形成动态聚合物:通过化合物中含有的氨基和化合物中含有的羧基进行缩合反应形成酰胺键;通过化合物中含有的环氧基团和化合物中含有的氨基、巯基进行开环反应形成仲胺键、硫醚键;在引发剂或外加能的作用下,通过化合物中含有的烯烃基进行自由基聚合;在引发剂或外加能的作用下,通过化合物中含有的烯烃基进行阴/阳离子聚合;通过化合物中含有的异氰酸酯基与化合物中含有的氨基、羟基、巯基进行反应形成脲键、氨基甲酸酯键和硫代氨基甲酸酯键;通过化合物中含有的环氧基团进行开环聚合形成醚键;在一价铜催化下,通过化合物中含有的叠氮基团和化合物中含有的炔基进行CuAAC反应;通过化合物中含有的巯基和化合物中含有的烯烃基进行thiol-ene点击反应;通过化合物中含有的双键之间的加成反应等;其中,优选能够在不高于100℃下快速反应的方式,更优选能够在室温下快速反应的方式,包括但不限于异氰酸酯基与氨基、羟基、巯基的反应、丙烯酸酯反应、thiol-ene点击反应。
在本发明的实施方式中所提到的合适的聚合方法,其可以通过本领域所通用的任一种合适的聚合反应来进行,包括但不仅限于缩合聚合反应、加成聚合反应、开环聚合反应;其中,加成聚合反应包括但不仅限于自由基聚合反应、阴离子聚合反应、阳离子聚合反应、配位聚合反应。
在具体实施过程中,化合物原料可利用上述的任一种聚合反应方法,通过本领域所通用的任一种合适的聚合工艺来实施。例如,当化合物原料以缩合聚合的形式得到动态聚合物时,其可通过熔融聚合、溶液聚合、界面聚合等聚合工艺进行实施;又例如,当化合物原料以自由基聚合的形式得到动态聚合物时,其可通过本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合等聚合工艺进行实施;再例如,当化合物原料以离子聚合的形式得到动态聚合物时,其可通过溶液聚合、淤浆聚合、气相聚合等聚合工艺进行实施。
在制备工艺中,优选采用溶液聚合工艺、乳液聚合工艺来制备动态聚合物。所述的溶液聚合工艺、乳液聚合工艺,其具有能够降低体系粘度,易于传质传热、便于温度控制、可避免局部过热的优势,所获得的溶液、乳液便于浓缩或分散,有利于进行涂覆、混合等操作。
本发明中,由于氨甲基基团的存在,当将适量含有氨甲基苯硼酸基元的化合物与适量含有二醇基元的化合物在溶液或熔融状态下进行混合时,化合物中的氨甲基苯硼酸基元与二醇基元能够快速反应,从而得到含有动态可逆氨甲基苯硼酸酯键的动态可逆聚合物。本发明正是利用了二醇基元与氨甲基苯硼酸基元所具有的高反应活性,氨甲基苯硼酸酯键所具有的较强的动态可逆性,制得了在较为温和的条件下即可体现出动态效果的动态聚合物材料。同时,当动态聚合物中引入其他有机硼酸酯键时,由于构成其他有机硼酸酯键的组分选择更为丰富,可以在更大范围内对聚合物材料中动态可逆键的动态性进行组合搭配和调控,从而得到与氨甲基苯硼酸酯键动态性不同的一类动态可逆键,即其他有机硼酸酯键,从而对氨甲基苯硼酸酯键的动态性进行了有效地补充,得以获得结构更为丰富、性能更为多样、动态可逆效果更具层次的聚合物材料,扩展了聚合物材料的应用范围。
在动态聚合物材料的制备过程中,可通过本领域已知的任意合适的材料混合方式将一定配比的原料通过混合来制备动态聚合物材料,其可以是间歇、半连续或连续工艺形式的混合;同样地,也可选择间歇、半连续或连续工艺形式对动态聚合物进行成型。采用的混合方式包括但不仅限于溶液搅拌混合、熔融搅拌混合、捏合、密炼、开炼、熔融挤出、球磨等,其中优选溶液搅拌混合、熔融搅拌混合和熔融挤出。在物料混合过程中的能量提供形式包括但不仅限于加热、光照、辐射、微波、超声。采用的成型方式包括但不仅限于挤出成型、注射成型、模压成型、流延成型、压延成型、铸塑成型。
利用溶液搅拌混合制备动态聚合物材料的具体方法,通常是将原料以溶解或分散的形式在各自的溶剂中或者共同的溶剂中在反应器中进行搅拌混合。通常,混合反应温度控制在0-200℃,优选25-120℃,更优选25-80℃,混合搅拌时间控制在0.5-12h,优选1-4h。可将混合搅拌后得到的产物浇注到合适的模具中,在0-150℃,优选25-80℃温度条件下,放置0-48h,得到聚合物样品。
以化合物(IV)、化合物(V)作为原料利用此方法制备动态聚合物材料时,通常还需要视情况在溶剂中加入引发剂以溶液聚合的方式来引发聚合得到动态聚合物,或者加入分散剂和油溶性引发剂配制成悬浮液以悬浮聚合或淤浆聚合的方式来引发聚合得到动态聚合物,或者加入引发剂和乳化剂配制成乳浊液以乳液聚合的方式来引发聚合得到动态聚合物。所采用的溶液聚合、悬浮聚合、淤浆聚合以及乳液聚合的方法,均为本领域的技术人员所熟知并广泛使用的聚合方法,可依据实际情况进行调整,这里不再详细展开。
上述制备方法中所用到的溶剂,应根据反应物、产物及反应过程等实际情况进行选择,包括但不仅限于以下任一种溶剂或任几种溶剂的混合溶剂:乙腈、丙酮、丁酮、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、醋酸异丙酯、醋酸正丁酯、三氯乙烯、均三甲苯、二恶烷、Tris缓冲液、柠檬酸缓冲液、乙酸缓冲溶液、磷酸缓冲溶液等;优选甲苯、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、磷酸缓冲溶液。此外,溶剂也可选自齐聚物、增塑剂、离子液体;所述的齐聚物包括但不仅限于聚醋酸乙烯酯齐聚物、聚丙烯酸正丁酯齐聚物、液体石蜡等;所述的增塑剂可选自可添加的助剂中的增塑剂中所述类别,这里不再赘述;所述的离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子组成,阳离子通常为烷基季铵离子、烷基季瞵离子、1,3-二烷基取代的咪唑离子、N-烷基取代的吡啶离子等;阴离子通常为卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、也有CF3SO3 -、(CF3SO2)2N-、C3F7COO-、C4F9SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)3C-、(C2F5SO2)3C-、(C2F5SO2)2N-、SbF6 -、AsF6 -等。其中,利用普通有机溶剂来制备动态聚合物并选择将其保留时,可以得到普通有机凝胶;利用齐聚物来制备动态聚合物并选择将其保留时,可以得到齐聚物溶胀凝胶;利用增塑剂来制备动态聚合物并选择将其保留时,可以得到增塑剂溶胀凝胶;利用离子液体来制备动态聚合物并选择将其保留时,可以得到离子液体溶胀凝胶。
上述制备方法中,所配制的化合物液体浓度根据所选反应物的结构、分子量、溶解度及所需的分散状态而定,没有特别限定,优选的化合物液体浓度为0.1~10mol/L,更优选为0.1~1mol/L。
利用熔融搅拌混合制备动态聚合物材料的具体方法,通常是将原料在反应器中直接搅拌混合或加热熔融后搅拌混合反应,此种方式一般在原料为气体、液体或熔点较低的固体的情况下使用。通常,混合反应温度控制在0-200℃,优选25-120℃,更优选25-80℃,混合搅拌时间控制在0.5-12h,优选1-4h。可将混合搅拌后得到的产物浇注到合适的模具中,在0-150℃,优选25-80℃温度条件下,放置0-48h,得到聚合物样品。
以化合物(IV)、化合物(V)作为原料利用此方法制备动态聚合物材料时,通常还需要视情况加入少量引发剂以熔融聚合或气相聚合的方式来引发聚合得到动态聚合物。其所采用的熔融聚合、气相聚合的方法,均为本领域的技术人员所熟知并广泛使用的聚合方法,可依据实际情况进行调整,这里不再详细展开。
利用熔融挤出混合制备动态聚合物材料的具体方法,通常是将原料加入到挤出机中进行挤出共混反应,挤出温度为0-280℃,优选50-150℃。反应产物可直接流延成型后裁成合适尺寸,或者将得到的挤出样品进行破碎后,利用注塑机或者模压机进行制样。注塑温度为0-280℃,优选50-150℃,注塑压力优选60-150MPa;模压温度为0-280℃,优选25-150℃,更优选25-80℃,模压时间为0.5-60min,优选1-10min,模压压力优选4-15MPa。可将样条置于合适的模具中,在0-150℃,优选25-80℃温度条件下,放置0-48h,得到最终的聚合物样品。
在动态聚合物材料的制备过程中,所选用的多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)、化合物(IV)、化合物(V)的成分选择和配方比例可以灵活把握,但应根据目标材料性能以及所选化合物的结构、含有的反应性基团数和分子量进行合理的设计和组合。其中,所添加的多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)、化合物(IV)、化合物(V)应保证反应物体系中的官能团和/或其他反应性基团的摩尔当量比处于适当的范围。多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)中含有的二醇基元与氨甲基苯硼酸基元官能团的摩尔当量比优选0.1~10的范围,更优选0.3~3的范围,更优选0.8~1.2的范围。当多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)中含有的官能团的摩尔当量比接近1:1时,可以得到反应程度高、稳定性好的动态聚合物材料;当多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)中含有的官能团的摩尔当量比偏离1:1时,则可以得到动态性较好的动态聚合物材料。同样地,当选用化合物(IV)、化合物(V)作为反应组分制备动态聚合物时,反应物体系中其他反应性基团的摩尔当量比也应处于适当的范围,进行聚合反应的其他反应性基团的摩尔当量比优选0.1~10的范围,更优选0.3~3的范围,更优选0.8~1.2的范围。在实际制备过程中,本领域的技术人员可根据实际需要进行调整。
在本发明的实施方式中,所述的动态聚合物及其组成的形态可以是普通固体、胶、弹性体、有机凝胶(包括普通有机凝胶、齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、离子液体溶胀凝胶)、泡沫材料,其中,普通固体和泡沫中含有的可溶解小分子量成分含量一般不高于10wt%,而凝胶中含有的小分子量成分含量一般不低于50wt%。普通固体、胶、弹性体、有机凝胶和泡沫材料各有特色和优势。普通固体的形状和体积比较固定,具有更好的机械强度,可以不受有机溶胀剂或水的约束。胶通常是浓溶液或低玻璃化转变温度的聚合物,其能够体现出良好的可塑性和可填充性。弹性体具有普通固体的普遍性质,但同时具有较好的弹性,并且比较柔软,有利于提供阻尼能力。有机凝胶则具有良好的柔软性,能够体现出较好的回弹性;而且可以通过采用低挥发性的有机溶剂、齐聚物、增塑剂或离子液体,减少或避免凝胶中溶胀剂的挥发,比水凝胶在性能稳定性和寿命上具有明显的优势。泡沫材料则具有密度低、轻便、比强度高的优点,还可以克服部分普通固体的脆性和有机凝胶的机械强度偏低的问题,软泡材料还具有良好的弹性以及柔软舒适的特性。不同形态的材料可以在不同的领域具有合适的用途。
在本发明的实施方式中,动态聚合物有机凝胶可以通过在溶胀剂(包括普通有机溶剂、齐聚物、增塑剂、离子液体中之一或其组合)中进行交联获得,也可以在动态聚合物制备完成后再利用溶胀剂进行溶胀获得。当然,本发明不仅限与此,本领域技术人员可以根据本发明的逻辑和脉络,合理有效地实现。
在动态聚合物泡沫材料的制备过程中,主要采用机械发泡法、物理发泡法、化学发泡法三种方法对动态聚合物进行发泡。
其中,所述的机械发泡法,是在动态聚合物的制备过程中借助强烈搅拌把大量空气或其他气体引入聚合物的乳液、悬浮液或溶液中使之成为均匀的泡沫体,然后经过物理或化学变化使之胶凝、固化而成为泡沫材料。为缩短成型周期可通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。
其中,所述的物理发泡法,是在动态聚合物的制备过程中利用物理原理来实现聚合物的发泡,其一般包括以下四种方法:(1)惰性气体发泡法,即在加压情况下把惰性气体压入熔融聚合物或糊状物料中,然后减压升温,使溶解的气体膨胀而发泡;(2)利用低沸点液体蒸发气化发泡,即把低沸点液体压入聚合物中或在一定的压力、温度状况下,使液体溶入聚合物颗粒中,然后将聚合物加热软化,液体也随之蒸发气化而发泡;(3)溶出法,即用液体介质浸入聚合物中溶解掉事先所添加的固体物质,使聚合物中出现大量孔隙而呈发泡状,如将可溶性物质食盐、淀粉等先与聚合物混合,等到成型为制品后,再将制品放在水中反复处理,把可溶性物质溶出,即得到开孔型泡沫制品;(4)中空微球法,即在塑料中加入中空微球后经固化而成为闭孔型泡沫塑料;其中,优选利用在聚合物中溶入惰性气体和低沸点液体的方法进行发泡。采用物理发泡法,具有操作中毒性较小,发泡原料成本较低,发泡剂无残留体等优点。此外,还可以采用冷冻干燥法制备。
其中,所述的化学发泡法,是在动态聚合物发泡过程中伴随着化学反应,产生气体而发泡的方法,其一般包括以下两种方法:(1)热分解型发泡剂发泡法,即利用化学发泡剂加热后分解放出的气体进行发泡。(2)聚合物组分间相互作用产生气体的发泡法,即利用发泡体系中的两个或多个组分之间发生的化学反应,生成惰性气体(如二氧化碳或氮气)致使聚合物膨胀而发泡。发泡过程中为控制聚合反应和发泡反应平衡进行,为保证制品有较好的质量,一般加入少量催化剂和泡沫稳定剂(或表面活性剂)。其中,优选利用在聚合物中添加化学发泡剂的方法进行发泡。
在动态聚合物泡沫材料的制备过程中,主要采用模压发泡成型、注射发泡成型以及挤出发泡成型三种方法对动态聚合物泡沫材料进行成型。
其中,所述的模压发泡成型,其工艺过程较简单,容易控制,可以分为一步法和两步法两种。一步法成型是指将混合后的物料直接投入模腔进行发泡成型;两步法是指先将混合好的物料预发泡处理,然后放入模腔进行发泡成型。其中,由于一步法模压发泡成型比两步法操作方便且生产效率高,故优选一步法进行模压发泡成型。
其中,所述的注射发泡成型,其工艺和设备与普通的注射成型类似,其气泡成核阶段在物料加入螺杆后,受加热和摩擦的使物料变为熔体状态,将发泡剂通过计量阀的控制以一定流速注入物料熔体内,然后通过螺杆头部的混合元件把发泡剂混合均匀,在成核剂的作用下形成气泡核。膨胀阶段和固化定型阶段都发生在充满模腔结束后,当型腔压力下降时,发生气泡核的膨胀过程,同时随着模具的降温而使泡体固化定型。
其中,所述的挤出发泡成型,其工艺和设备与普通的挤出成型类似,在挤出之前或挤出过程中将发泡剂加入挤出机中,熔体流经机头处压力下降,发泡剂挥发而形成要求的发泡结构。由于其不仅能够实现连续化生产,而且在成本上比注射发泡成型更具竞争性,因此是目前应用最广泛的发泡成型技术。
在动态聚合物泡沫材料的制备过程中,本领域的技术人员可根据实际制备情况以及目标聚合物性能选择合适的发泡方法以及泡沫材料成型方法对动态聚合物泡沫材料进行制备。
在本发明的实施方式中,动态聚合物泡沫材料的结构涉及开孔结构、闭孔结构、半开半闭结构三种。开孔结构中,泡孔与泡孔之间互相连通,或完全连通,单维或三维都能通过气体或液体,泡孔径为0.01-3mm不等。闭孔结构,具有独立泡孔结构,内部泡孔与泡孔之间有壁膜隔开,绝大多数都不相互连通,泡孔径为0.01-3mm不等。所含有的泡孔既有相互连通又有互不连通的结构则为半开孔结构。对于已形成闭孔的泡沫结构,也可借助机械施压或化学方法使其成为开孔结构,本领域的技术人员可依据实际需要进行选择。
在本发明的实施方式中,动态聚合物泡沫材料按照其硬度分类,可分为软质、硬质和半硬质三类:(1)软质泡沫,在23℃和50%的相对湿度下,泡沫塑料的弹性模量小于70MPa;(2)硬质泡沫,在23℃和50%的相对湿度下,弹性模量大于700MPa;(3)半硬质(或半软质)泡沫,介于以上两类之间的泡沫体,其弹性模量介于70MPa和700MPa之间。
在本发明的实施方式中,动态聚合物泡沫材料按照其密度又可分为低发泡、中发泡和高发泡。低发泡的泡沫材料,其密度大于0.4g/cm3,发泡倍率小于1.5;中发泡的泡沫材料,其密度为0.1~0.4g/cm3,发泡倍率为1.5~9;而高发泡的泡沫材料,其密度小于0.1g/cm3,发泡倍率大于9。
动态聚合物材料在制备过程中,还可以加入某些可添加的助剂、填料来共同组成动态聚合物材料,但这些添加物并不是必须的。
在动态聚合物材料的制备过程中,所加入的某些可添加的助剂,其可以改善材料制备过程、提高产品质量和产量、降低产品成本或者赋予产品某种特有的应用性能。所述的可添加的助剂选自以下任一种或任几种助剂:合成助剂,包括催化剂、引发剂;稳定化助剂,包括抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂;改善力学性能的助剂,包括增韧剂;提高加工性能的助剂,包括润滑剂、脱模剂;柔软化与轻质化的助剂,包括增塑剂、发泡剂、动态调节剂;改变表面性能的助剂,包括抗静电剂、乳化剂、分散剂;改变色光的助剂,包括着色剂、荧光增白剂、消光剂;难燃化与抑烟助剂,包括阻燃剂;其他助剂,包括成核剂、流变剂、增稠剂、流平剂。
所述的可添加的助剂中的催化剂,其能够通过改变反应途径,降低反应活化能来加速反应物在反应过程中的反应速率。其包括但不仅限于以下任一种或任几种催化剂:①聚氨酯合成用催化剂:胺类催化剂,如三乙胺、三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、2-(2-二甲氨基-乙氧基)乙醇、N,N-双(二甲胺丙基)异丙醇胺、N-(二甲氨基丙基)二异丙醇胺、四甲基二亚丙基三胺、N,N-二甲基环己胺、N,N,N’,N’-四甲基亚烷基二胺、N,N,N’,N’,N’-五甲基二亚乙基三胺、N,N-二甲基乙醇胺、N-乙基吗啉、2,4,6-(二甲氨基甲基)苯酚、三甲基-N-2-羟丙基己酸、N,N-二甲基苄胺、N,N-二甲基十六胺等;有机金属类催化剂,如辛酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯、二辛基锡二月桂酸酯、异辛酸锌、异辛酸铅、油酸钾、环烷酸锌、环烷酸钴、乙酰丙酮铁、乙酸苯汞、丙酸苯汞、环烷酸铋、甲醇钠、辛酸钾、油酸钾、碳酸钙等;②聚烯烃合成用催化剂:如Ziegler-Natta催化剂、π-烯丙基镍、烷基锂催化剂、茂金属催化剂、一氯二乙基铝、四氯化钛、三氯化钛、三氟化硼乙醚络合物、氧化镁、二甲胺、氯化亚铜、三乙胺、四苯硼钠、三氧化二锑、倍半乙基氯化铝、三氯氧钒、三异丁基铝、环烷酸镍、环烷酸稀土等;③CuAAC反应催化剂:由一价铜化合物和胺配体共用协同催化;一价铜化合物可选自Cu(I)盐,如CuCl、CuBr、CuI、CuCN、CuOAc等;也可选自Cu(I)络合物,如[Cu(CH3CN)4]PF6、[Cu(CH3CN)4]OTf、CuBr(PPh3)3等;胺配体可选自三[(1-苄基-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基]胺(TBTA)、三[(1-叔丁基-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基]胺(TTTA)、三(2-苯并咪唑甲基)胺(TBIA)、水合红菲绕啉二磺酸钠等;④thiol-ene反应催化剂:光催化剂,如安息香二甲醚、2-羟基-2-甲基苯基丙酮等;亲核试剂催化剂,如乙二胺、三乙醇胺、三乙胺、吡啶、4-二甲基氨基吡啶、咪唑、二异丙基乙基胺等。所用的催化剂用量没有特别限定,一般为0.01-0.5wt%。
所述的可添加的助剂中的引发剂,其能够在聚合反应过程中引起单体分子活化而产生游离基,提高反应速率,促进反应进行,包括但不仅限于以下任一种或任几种引发剂:①自由基聚合用引发剂:有机过氧化物,如过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸双(4-叔丁基环己基)酯、叔丁基过氧化苯甲酸酯、叔丁基过氧化特戊酸酯、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯;偶氮化合物,如偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二异庚腈;无机过氧化物,如过硫酸铵、过硫酸钾等;②活性聚合用引发剂:如2,2,6,6-四甲基-1-氧基哌啶、1-氯-1-苯基乙烷/氯化亚铜/双吡啶三元体系等;③离子聚合用引发剂:如丁基锂、钠/萘体系、三氟化硼/水体系、四氯化锡/卤代烷体系等;④配位聚合用引发剂:如四氯化钛/三乙基铝体系、二氯二锆茂/甲基铝氧烷体系等;⑤开环聚合用引发剂:如甲醇钠、甲醇钾、乙二胺、1,6-己二异氰酸酯、辛酸亚锡等。其中,引发剂优选过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、过硫酸钾。所用的引发剂用量没有特别限定,一般为0.1-1wt%。
所述的可添加的助剂中的抗氧剂,其能够延缓聚合物材料的氧化过程,保证材料能够顺利地进行加工并延长其使用寿命,包括但不仅限于以下任一种或任几种抗氧剂:受阻酚类,如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、1,1,3-三(2-甲基-4羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚);含硫受阻酚类,如4,4’-硫代双-[3-甲基-6-叔丁基苯酚]、2,2’-硫代双-[4-甲基-6-叔丁基苯酚];三嗪系受阻酚,如1,3,5-二[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]-六氢均三嗪;三聚异氰酸酯受阻酚类,如三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-三异氰酸酯;胺类,如N,N’-二(β-萘基)对苯二胺、N,N’-二苯基对苯二胺、N-苯基-N’-环己基对苯二胺;含硫类,如硫代二丙酸二月桂酯、2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑;亚磷酸酯类,如亚磷酸三苯酯、亚磷酸三壬基苯酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯等,其中,抗氧剂优选茶多酚(TP)、丁基羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)。所用的抗氧剂用量没有特别限定,一般为0.01-1wt%。
所述的可添加的助剂中的光稳定剂,能够防止聚合物材料发生光老化,延长其使用寿命,其包括但不仅限于以下任一种或任几种光稳定剂:光屏蔽剂,如炭黑、二氧化钛、氧化锌、亚硫酸钙;紫外线吸收剂,如2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2,4,6-三(2-羟基-4-正丁氧基苯基)-1,3,5-均三嗪、2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯;先驱型紫外线吸收剂,如水杨酸对-叔丁基苯酯、双水杨酸双酚A酯;紫外线猝灭剂,如双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)、2,2’-硫代双(4-特辛基酚氧基)镍;受阻胺光稳定剂,如癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶)酯、苯甲酸(2,2,6,6-四甲基哌啶)酯、三(1,2,2,6,6-五甲基哌啶基)亚磷酸酯;其他光稳定剂,如3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸(2,4-二叔丁基苯)酯、烷基磷酸酰胺、N,N’-二正丁基二硫代氨基甲酸锌、N,N’-二正丁正基二硫代氨基甲酸镍等。其中,光稳定剂优选炭黑、癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶)酯(光稳定剂770),所用的光稳定剂用量没有特别限定,一般为0.01-0.5wt%。
所述的可添加的助剂中的热稳定剂,能够使得聚合物材料在加工或使用过程中不因受热而发生化学变化,或者延缓这些变化来达到延长使用寿命的目的,其包括但不仅限于以下任一种或任几种热稳定剂:铅盐类,如三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、二盐基硬脂酸铅、二盐基苯二甲酸铅、三盐基马来酸铅、硬脂酸铅、水杨酸铅、二盐基邻苯二甲酸铅、碱式碳酸铅;金属皂类:如硬脂酸镉、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸铅、硬脂酸锌;有机锡化合物类,如二月桂酸二正丁基锡、二月桂酸二正辛基锡、马来酸二(正)丁基锡、双马来酸单辛酯二正辛基锡,二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、京锡C-102、二巯基乙酸异辛脂二甲基锡、二硫醇二甲基锡及其复配物;锑稳定剂,如硫醇锑盐、巯基乙酸酯硫醇锑、巯基羧酸酯锑、羧酸酯锑;环氧化合物类,如环氧化油、环氧脂肪酸酯、环氧树脂;亚磷酸酯类,如亚磷酸三芳酯、亚磷酸三烷酯、亚磷酸三芳烷酯、烷芳混合酯、聚合型亚磷酸酯;多元醇类,如季戊四醇、木糖醇、甘露醇、山梨糖醇、三羟甲基丙烷;复合热稳定剂,如共沉淀金属皂、液体金属皂复合稳定剂、有机锡复合稳定剂等。其中,热稳定剂优选硬脂酸钡,硬脂酸钙、二月桂酸二正丁基锡、马来酸二(正)丁基锡,所用的热稳定剂用量没有特别限定,一般为0.1-0.5wt%。
所述的可添加的助剂中的增韧剂,能够降低聚合物材料脆性,增大韧性,提高材料承载强度,其包括但不仅限于以下任一种或任几种增韧剂:甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、氯化聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂及其改性物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、乙丙胶、三元乙丙胶、顺丁胶、丁苯胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等。其中,增韧剂优选乙丙胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂(MBS)、氯化聚乙烯树脂(CPE),所用的增韧剂用量没有特别限定,一般为5-10wt%。
所述的可添加的助剂中的润滑剂,能够提高材料润滑性、减少摩擦、降低界面粘附性能,其包括但不仅限于以下任一种或任几种润滑剂:饱和烃和卤代烃类,如固体石蜡、微晶石蜡、液体石蜡、低分子量聚乙烯、氧化聚乙烯蜡;脂肪酸类,如硬脂酸;脂肪酸酯类,如脂肪酸低级醇酯、脂肪酸多元醇酯、天然蜡、酯蜡和皂化蜡;脂肪族酰胺类,如硬脂酰胺或硬脂酸酰胺、油酰胺或油酸酰胺、芥酸酰胺、N,N’-乙撑双硬脂酰胺;脂肪醇和多元醇类,如硬脂醇、鲸蜡醇、季戊四醇;金属皂类,如硬脂酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁、硬脂酸锌等。其中,润滑剂优选固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸、低分子量聚乙烯,所用的润滑剂用量没有特别限定,一般为0.5-1wt%。
所述的可添加的助剂中的脱模剂,它可使聚合物样品易于脱模,表面光滑、洁净,其包括但不仅限于以下任一种或任几种脱模剂:石蜡烃、皂类、二甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油、蓖麻油、废机油、矿物油、二硫化钼、氯乙烯树脂、聚苯乙烯、硅橡胶、聚乙烯醇等。其中,脱模剂优选二甲基硅油,所用的脱膜剂用量没有特别限定,一般为0.5-2wt%。
所述的可添加的助剂中的增塑剂,其能够增加聚合物材料的塑性,使得聚合物的硬度、模量、软化温度和脆化温度下降,伸长率、曲挠性和柔韧性提高,其包括但不仅限于以下任一种或任几种增塑剂:苯二甲酸酯类:邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸丁酯乙醇酸丁酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸双(十三)酯、对苯二甲酸二(2-乙基)己酯;磷酸酯类,如磷酸三甲苯酯、磷酸(二苯-2-乙基)己酯;脂肪酸酯类,如己二酸二(2-乙基)己酯、癸二酸二(2-乙基)己酯;环氧化合物类,如环氧甘油酯类、环氧脂肪酸单酯类、环氧四氢邻苯二甲酸酯类、环氧大豆油、环氧硬脂酸(2-乙基)己酯、环氧大豆油酸2-乙基己酯、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯、黄杨乙酰蓖麻油酸甲酯,二元醇脂类,如C5~9酸乙二醇酯、C5~9酸二缩三乙二醇酯;含氯类,如绿化石蜡类、氯代脂肪酸酯;聚酯类,如乙二酸1,2-丙二醇系聚酯、癸二酸1,2-丙二醇聚酯;石油磺酸苯酯、偏苯三酸酯、柠檬酸酯、季戊四醇和双季戊四醇酯等。其中,增塑剂优选邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、磷酸三甲苯酯(TCP),所用的增塑剂用量没有特别限定,一般为5-20wt%。
所述的可添加的助剂中的发泡剂,能使得聚合物样品发泡成孔,从而得到质轻、隔热、隔音、消声、富有弹性的聚合物材料,其包括但不仅限于以下任一种或任几种发泡剂:物理发泡剂,如丙烷、甲醚、戊烷、新戊烷、己烷、异戊烷、庚烷、异庚烷、石油醚、丙酮、苯、甲苯、丁烷、乙醚、氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烯、二氯二氟甲烷、三氟氯甲烷;无机发泡剂,如碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵;有机发泡剂,如N,N’-二硝基五次甲基四胺、N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺、偶氮二甲酰胺、偶氮二碳酸钡、偶氮二碳酸二异丙酯、偶氮甲酰胺甲酸钾、偶氮二异丁腈、4,4’-氧代双苯磺酰肼、苯磺酰肼、三肼基三嗪、对甲苯磺酰氨基脲、联苯-4,4’-二磺酰叠氮;发泡促进剂,如尿素、硬脂酸、月桂酸、水杨酸、三盐基性硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸铅、硬脂酸镉、硬脂酸锌、氧化锌;发泡抑制剂,如马来酸、富马酸、硬脂酰氯、苯二甲酰氯、马来酸酐、苯二甲酸酐、对苯二酚、萘二酚、脂肪族胺、酰胺、肟、异氰酸酯、硫醇、硫酚、硫脲、硫化物、砜、环己酮、乙酰丙酮、六氯环戊二烯、二丁基马来酸锡等。其中,发泡剂优选碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺(发泡剂AC)、N,N’-二硝基五次甲基四胺(发泡剂H)、N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺(发泡剂NTA),物理型微球发泡剂、所用的发泡剂用量没有特别限定,一般为0.1-30wt%。
所述的可添加的助剂中的动态调节剂,能够提升动态聚合物的动态性,其一般是带有自由羟基或者自由羧基,或者能够给出或接受电子对的化合物,包括但不仅限于水、氢氧化钠、醇、羧酸、路易斯碱、路易斯酸等。添加此类助剂可以调节聚合物的动态性,以便获得最优化的期望性能。所用的动态调节剂用量没有特别限定,一般为0.1-10wt%。
所述的可添加的助剂中的抗静电剂,可将聚合物样品中聚集的有害电荷引导或消除,使其不对生产和生活造成不便或危害,其包括但不仅限于以下任一种或任几种抗静电剂:阴离子型抗静电剂,如烷基磺酸盐、对壬基苯氧基丙烷磺酸钠、烷基磷酸酯二乙醇胺盐、对壬基二苯醚磺酸钾、磷酸酯衍生物、磷酸盐、磷酸聚环氧乙烷烷基醚醇酯、磷酸酯衍生物、脂肪胺磺酸盐、丁酸酯磺酸钠;阳离子型抗静电剂,如脂肪铵盐酸盐、月桂基三甲基氯化铵、十二烷基三甲胺溴化物;两性离子型抗静电剂,如烷基二羧甲基铵乙内盐、月桂基甜菜碱、N,N,N-三烷基铵乙酰(N’-烷基)胺乙内盐、N-月桂基-N,N-二聚氧化乙烯基-N-乙基膦酸钠、N-烷基氨基酸盐;非离子型抗静电剂,如脂肪醇环氧乙烷加成物、脂肪酸环氧乙烷加成物、烷基酚环氧乙烷加成物、磷酸三聚氧乙烯基醚酯、甘油脂肪酸酯;高分子型抗静电剂,如聚烯丙酰胺N-季铵盐取代物、聚4-乙烯基-1-丙酮基吡啶磷酸-对丁基苯酯盐等;其中,抗静电剂优选月桂基三甲基氯化铵、烷基磷酸酯二乙醇胺盐(抗静电剂P),所用的抗静电剂用量没有特别限定,一般为0.3-3wt%。
所述的可添加的助剂中的乳化剂,能够改善包含助剂的聚合物混合液中各种构成相之间的表面张力,使之形成均匀稳定的分散体系或乳浊液,其包括但不仅限于以下任一种或任几种乳化剂:阴离子型,如高级脂肪酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸钠、琥珀酸酯磺酸盐、石油磺酸盐、脂肪醇硫酸盐、蓖麻油硫酸酯盐、硫酸化蓖麻酸丁酯盐、磷酸酯盐、脂肪酰-肽缩合物;阳离子型,如烷基铵盐、烷基季铵盐、烷基吡啶盐;两性离子型,如羧酸酯型、磺酸酯型、硫酸酯型、磷酸酯型;非离子型,如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚环氧丙烷-环氧乙烷加成物、甘油脂肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯、山梨醇及失水山梨醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、醇胺脂肪酰胺等。其中,优选十二烷基苯磺酸钠、失水山梨醇脂肪酸酯、三乙醇胺硬脂酸酯(乳化剂FM),所用的乳化剂用量没有特别限定,一般为1-5wt%。
所述的可添加的助剂中的分散剂,能够使得聚合物混合液中固体絮凝团分散为细小的粒子而悬浮于液体中,均一分散那些难于溶解于液体的固体及液体颗粒,同时也能防止颗粒的沉降和凝聚,形成安定悬浮液,其包括但不仅限于以下任一种或任几种分散剂:阴离子型,如烷基硫酸酯钠盐、烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠;阳离子型;非离子型,如脂肪醇聚氧乙烯醚、山梨糖醇酐脂肪酸聚氧乙烯醚;无机型,如硅酸盐、缩合磷酸盐;高分子型,如明胶、水溶性胶、卵磷脂、海藻酸钠、聚乙烯醇等。其中,分散剂优选十二烷基苯磺酸钠、萘系亚甲基磺酸盐(分散剂N)、脂肪醇聚氧乙烯醚,所用的分散剂用量没有特别限定,一般为0.3-0.8wt%。
所述的可添加的助剂中的着色剂,可以使聚合物产品呈现出所需要的颜色,增加表面色彩,其包括但不仅限于以下任一种或任几种着色剂:无机颜料,如钛白、铬黄、镉红、铁红、钼铬红、群青、铬绿、炭黑;有机颜料,如立索尔宝红BK、色淀红C、苝红、嘉基R红、酞菁红、永固洋红HF3C、塑料大红R和克洛莫红BR、永固橙HL、耐晒黄G、汽巴塑料黄R、永固黄3G、永固黄H2G、酞青蓝B、酞青绿、塑料紫RL、苯胺黑;有机染料,如硫靛红、还原黄4GF、士林蓝RSN、盐基性玫瑰精、油溶黄等。其中,着色剂的选用根据样品颜色需求而定,不需要特别限定,所用的着色剂用量没有特别限定,一般为0.3-0.8wt%。
所述的可添加的助剂中的荧光增白剂,能使所染物质获得类似荧石的闪闪发光的效应,其包括但不仅限于以下任一种或任几种荧光增白剂:二苯乙烯型、香豆素型、吡唑啉型、苯并氧氮型、苯二甲酰亚胺型等。其中,荧光增白剂优选二苯乙烯联苯二磺酸钠(荧光增白剂CBS)、4,4-双(5甲基-2-苯并噁唑基)二苯乙烯(荧光增白剂KSN)、2,2-(4,4’-二苯乙烯基)双苯并噁唑(荧光增白剂OB-1),所用的荧光增白剂用量没有特别限定,一般为0.002-0.03wt%。
所述的可添加的助剂中的消光剂,能够使得入射光到达聚合物表面时,发生漫反射,产生低光泽的亚光和消光外观,其包括但不仅限于以下任一种或任几种消光剂:沉降硫酸钡、二氧化硅、含水石膏粉、滑石粉、钛白粉、聚甲基脲树脂等。其中,消光剂优选二氧化硅,所用的消光剂用量没有特别限定,一般为2-5wt%。
所述的可添加的助剂中的阻燃剂,能够增加材料的耐燃性,其包括但不仅限于以下任一种或任几种阻燃剂:磷系,如红磷、磷酸三甲酚酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯;含卤磷酸酯类,如三(2,3-二溴丙基)磷酸酯、磷酸三(2,3-二氯丙)酯;有机卤化物,如高含氯量氯化石蜡、1,1,2,2-四溴乙烷、十溴二苯醚、全氯环戊癸烷;无机阻燃剂,如三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌;反应型阻燃剂,如氯桥酸酐、双(2,3-二溴丙基)反丁烯二酸酯、四溴双酚A、四溴邻苯二甲酸酐等。其中,阻燃剂优选十溴二苯醚、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、三氧化二锑,所用的阻燃剂用量没有特别限定,一般为1-20wt%。
所述的可添加的助剂中的成核剂,能够通过改变聚合物的结晶行为,加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化,达到缩短材料成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能的目的,其包括但不仅限于以下任一种或任几种成核剂:苯甲酸、己二酸、苯甲酸钠、滑石粉、对苯酚磺酸钠、二氧化硅、二苄叉山梨糖醇及其衍生物、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶等。其中,成核剂优选二氧化硅、二苄叉山梨糖醇(DBS)、三元乙丙橡胶,所用的成核剂用量没有特别限定,一般为0.1-1wt%。
所述的可添加的助剂中的流变剂,能够保证聚合物在涂膜过程中具有良好的涂刷性和适当的涂膜厚度,防止贮存时固体颗粒的沉降,能够提高其再分散性,其包括但不仅限于以下任一种或任几种流变剂:无机类,如硫酸钡、氧化锌、碱土金属氧化物、碳酸钙、氯化锂、硫酸钠、硅酸镁、气相二氧化硅、水玻璃、胶态二氧化硅;有机金属化合物,如硬脂酸铝、烷醇铝、钛螯合物、铝螯合物;有机类,如有机膨润土、蓖麻油衍生物、异氰酸酯衍生物、丙烯酸乳液、丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯蜡等。其中,优选有机膨润土、聚乙烯蜡、疏水改性碱性可膨胀乳液(HASE)、碱性可膨胀乳液(ASE),所用的流变剂用量没有特别限定,一般为0.1-1wt%。
所述的可添加的助剂中的增稠剂,能够赋予聚合物混合液良好的触变性和适当的稠度,从而满足其在生产、贮存和使用过程中的稳定性能和应用性能等多方面的需求,其包括但不仅限于以下任一种或任几种增稠剂:低分子物质,如脂肪酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基二甲胺氧化物、脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸异丙酰胺、脱水山梨醇三羧酸酯、甘油三油酸酯、椰子酰胺丙基甜菜碱;高分子物质,如皂土、人工水辉石、微粉二氧化硅、胶体铝、植物多糖类、微生物多糖类、动物蛋白、海藻酸类、聚甲基丙烯酸盐、甲基丙烯酸共聚物、顺酐共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯酮、聚乙烯醇、聚醚、聚乙烯甲醚脲烷聚合物等。其中,增稠剂优选椰子油二乙醇酰胺、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物,所用的增稠剂用量没有特别限定,一般为0.1-1.5wt%。
所述的可添加的助剂中的流平剂,能够保证聚合物涂膜的平整光滑均匀,改善涂膜表面质量、提高装饰性,其包括但不仅限于以下任一种或任几种流平剂:聚丙烯酸酯类、有机硅树脂等。其中,流平剂优选聚丙烯酸酯,所用的流平剂用量没有特别限定,一般为0.5-1.5wt%。
所述的可添加的填料,其在聚合物材料中主要起到以下作用:①降低成型制件的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等;②调节材料的粘度;③满足不同性能要求,如提高材料冲击强度及压缩强度、硬度、刚度和模量、提高耐磨性、提高热变形温度、改善导电性及导热性等;④提高颜料的着色效果;⑤赋予光稳定性和耐化学腐蚀性;⑥起到增容作用,可降低成本,提高产品在市场上的竞争能力。
所述的可添加的填料,选自以下任一种或任几种填料:无机非金属填料、金属填料、有机填料。
所述的可添加的无机非金属填料,包括但不仅限于以下任一种或任几种:碳酸钙、陶土、硫酸钡、硫酸钙和亚硫酸钙、滑石粉、白炭黑、石英、云母粉、粘土、石棉、石棉纤维、正长石、白垩、石灰石、重晶石粉、石膏、石墨、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、二硫化钼、矿渣、烟道灰、木粉及壳粉、硅藻土、赤泥、硅灰石、硅铝炭黑、氢氧化铝、氢氧化镁、粉煤灰、油页岩粉、膨胀珍珠岩粉、导电炭黑、蛭石、铁泥、白泥、碱泥、硼泥、(中空)玻璃微珠、发泡微球、玻璃粉、水泥、玻璃纤维、碳纤维、石英纤维、炭芯硼纤维、二硼化钛纤维、钛酸钙纤维、碳硅纤维、陶瓷纤维、晶须等。
所述的可添加的金属填料,包括但不仅限于以下任一种或任几种:铜、银、镍、铁、金等及其合金的粉末、纳米颗粒和纤维。
所述的可添加的有机填料,包括但不仅限于以下任一种或任几种:皮毛、天然橡胶、棉花、棉绒、麻、黄麻、亚麻、石棉、虫胶、蛋白质、酶、激素、生漆、木粉、壳粉、木糖、蚕丝、人造丝、维尼纶、酚醛微珠、树脂微珠等。
其中,添加的填料类型不限定,主要根据所需求的材料性能而定,优选碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、炭黑、石墨烯、(中空)玻璃微珠、发泡微球、玻璃纤维、碳纤维、金属粉、天然橡胶、棉绒、蛋白质、树脂微珠,所用的填料用量没有特别限定,一般为1-30wt%。
在动态聚合物材料的制备过程中,可添加的助剂优选抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、增韧剂、增塑剂、阻燃剂、动态调节剂。可添加的填料优选碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、炭黑、玻璃微珠、石墨烯、玻璃纤维、碳纤维。
在动态聚合物的制备过程中,对动态聚合物各组分原料的添加量并未做特别的限定,本领域的技术人员可根据实际制备情况以及目标聚合物性能进行调整。
所述的动态聚合物材料性能大范围可调,可应用于各个领域,具有广阔的应用前景,特别体现在军事航天设备、功能涂料及涂层、生物医药、生物医用材料、能源、建筑、仿生、形状记忆材料等领域,将具有令人瞩目的应用效果。例如,通过合适的组分选择和配方设计,可以制备出具有良好可塑性并且可以回收利用的聚合物封堵胶和密封塞、密封圈等密封件等;基于氨甲基苯硼酸酯键的强动态可逆性,可以设计制备出具有形状记忆功能的材料,在生物医用材料、军事、航空航天等领域具有广泛的用途;也可以将聚合物材料用于制备具有重复使用能力的粘结剂,应用于各类材料的胶黏,也可作为可回收性防弹玻璃夹层胶;将氨甲基苯硼酸酯键作为可牺牲键进行使用时,其可赋予聚合物材料以优异的韧性,从而可以获得韧性极佳的聚合物薄膜、纤维或者板材,广泛应用于军事、航天、运动、能源、建筑等领域;此外,利用动态聚合物所具有的动态可逆性和应力速率依赖性,可以制备出对应力敏感的聚合物材料,应用于制备具有魔幻效果的玩具、健身材料或应力监测传感器。
下面结合一些具体实施方式对本发明所述的动态聚合物材料做进一步描述。具体实施例为进一步详细说明本发明,非限定本发明的保护范围。
实施例1
在三口烧瓶中加入10.7ml氨甲基苯硼酸封端的聚丙二醇(b)(利用2-甲酰基苯硼酸、分子量约为2000的聚醚胺为原料,甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成),在搅拌状态下加热到120℃,称取4.61g的多元醇化合物(a)(以1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪和3-巯基-1,2-丙二醇为原料,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得)加入到三口烧瓶中,通过搅拌使其与聚丙二醇进行充分地混合,反应30-40min后,将其倒入合适的模具中,并将样品置于80℃真空烘箱中24h进行进一步的反应,之后冷却到室温放置30min,最终得到块状的硬质性聚合物材料,具有一定的表面强度和刚性,但韧性较差,用锤子可将其敲碎,敲碎后的样品置于80℃模具中放置16h后,样品可重新成型。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为10mm/min,测得样品拉伸强度为5.73±0.19MPa,拉伸模量为8.94±0.82MPa,利用其所具有的可回收、加工成型温度低等特性可将其替代玻璃制品进行使用。
实施例2
在干燥洁净的烧瓶中量取20ml 1,2-二醇封端的聚乙二醇(以聚乙二醇400、丙烯酸为原料通过酯化反应制得双键封端的聚乙二醇,然后将其与3-巯基-1,2-丙二醇通过硫醇-烯烃click加成反应制得),加热到80℃,在搅拌状态下加入5.34g氨甲基苯硼酸化合物(a)(利用1,3,6-三氨基己烷、2-甲酰基苯硼酸为原料,甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成),搅拌均匀后,滴加入少量三乙胺,继续在80℃条件下进行搅拌反应,搅拌反应约1-1.5h后,将具有一定粘度的聚合物样品倒入到合适的模具中,置于80℃真空烘箱中继续反应24h,之后冷却到室温放置30min,最终得到呈胶状的聚合物固态样品。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为10mm/min,测得样品拉伸强度为2.01±0.44MPa,拉伸模量为4.67±1.52MPa。聚合物样品将其拉断之后,将断面置于50℃的模具中压合4-6h之后,断面可重新粘合(此过程中可选择对断面进行略微润湿),可将聚合物样品作为一种防弹玻璃夹层胶进行使用。
实施例3
取一定量多元醇化合物(a)(以4,4,4-三羟基三甲苯、甲醛为原料,将其与六水合硝酸锌回流24h合成)溶解于甲苯溶剂中配制成0.2mol/L的溶液,并从中取10ml样品加入到干燥洁净的烧瓶中,再加入3mg的BHT抗氧剂;将2,3,6,7,10,11-六羟基三苯溶解在甲苯溶剂中,配制成0.2mol/L的溶液,并从中取10ml样品继续加入到烧瓶中。在搅拌的状态下,加入0.25mol%氨甲基苯硼酸化合物(b)白色固体(利用1,3,5-三氨基苯、2-甲酰基苯硼酸为原料,甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成),在80℃条件下进行搅拌,随着搅拌的进行,溶液粘度上升,然后将聚合物样品浇注到合适的模具中,在室温下蒸发脱溶剂12h。之后,将聚合物样品平置于80℃的真空烘箱中去除残留的溶剂,得到的聚合物样品具有较大的刚性,但质地较脆,可用手将其掰成两半。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为10mm/min,测得样品拉伸强度为3.02±0.58MPa,拉伸模量为9.63±1.63MPa,断裂伸长率为12±3%。样品拉断之后将其破碎,之后将碎片状回收料置于80℃的模具中压合6-8h之后,可重新制成片材进行回收利用,可将聚合物材料作为一种可回收性硬质垫片或精密仪器支架进行使用。
实施例4
在干燥洁净的烧瓶中加入120ml无水四氢呋喃溶剂,再在其中加入8.69g氨甲基苯硼酸酯化合物(a)(利用1,3,6-三氨基己烷、2-甲酰基苯硼酸为原料,甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成中间产物后,再将其与1,6-二氨基己烷-3,4-二醇在50℃条件下进行缩合反应制得)搅拌溶解后,滴加入7.44g癸烷-1,10-二异氰酸酯,在60℃条件下搅拌混合反应2h。反应结束后,通过减压抽滤脱去溶剂得到白色胶状动态聚合物样品。得到的聚合物样品表面具有一定弹性,可以进行大范围地拉伸延展(断裂伸长率可达1000%),可以将其作为一种功能性封堵胶进行使用。
实施例5
取一定量的三羟甲基丙烷溶解于四氢呋喃溶剂中配制成0.4mol/L的溶液;取一定量的多元醇化合物(a)(以四烯丙氧基乙烷、3-巯基-1,2-丙二醇为原料,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得)溶解于四氢呋喃溶剂中配制成0.2mol/L的溶液;取一定量的有机硼酸化合物(b)(以乙烯基硼酸、1,3-丙二硫醇为原料,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得)溶解于四氢呋喃溶剂中配制成0.4mol/L的溶液;取一定量的氨甲基苯硼酸化合物(c)(以1,4-二溴-2,5-双(溴甲基)苯、氨气为原料,四氢呋喃为溶剂,室温条件下反应4h后,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后得1,4-二硼酸-2,5-双(氨甲基)苯,再将其分别与1,6-二溴己烷、1,2-二醇丙烷通过烃基化反应、酯化反应制得,其中烃基化反应溶剂为DMF,催化剂为碳酸钾,反应温度为90℃,酯化反应催化剂为无水硫酸,反应温度为90℃)溶解于四氢呋喃溶剂中配制成0.2mol/L的溶液。各取10ml三羟甲基丙烷溶液、多元醇化合物(a)溶液、有机硼酸化合物(b)溶液、氨甲基苯硼酸化合物(c)溶液加入到干燥洁净的烧杯中,加入少量的乙酸水溶液,在室温条件下进行缓慢地搅拌,搅拌约60-90min后,溶液开始具有一定粘度,此时加入6wt%的纤维素纳米晶,超声20min,继续搅拌反应1h后,将样品倒入合适的模具中,置于50℃烘箱中24h进行除溶剂和进一步的反应,之后冷却到室温放置30min,最终得到块状的聚合物样品。将其制成80.0×10.0×(0.08±0.02)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为2.84±0.56MPa,拉伸模量为4.57±1.14MPa,断裂伸展率为423±126%。聚合物样品拉断之后回收,将其置于50℃的模具中贴合2-4h之后,可重新成型,进行重复使用,利用其性质可将其作为一种可回收性工艺品使用。
实施例6
在干燥洁净的三口烧瓶中加入30ml的甲基巯基硅油(分子量约为60,000),50ml液体石蜡,2.0mg BHT抗氧剂,密封后,利用氩气鼓泡除氧1h,在氩气保护下加热到80℃放置30min后,再加入5.46g氨甲基苯硼酸酯化合物(a)(以3-溴-4-(溴甲基)苯甲醛、氨气为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再与甲基三苯基溴化磷、叔丁醇钾在室温下反应24h,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后得到2-氨甲基-5-乙烯基苯硼酸,再将其与3-(烯丙氧基)-1,2-丙二醇缩合而成),0.3g光催化剂DMPA,2g三乙胺。保持搅拌状态混合2h后,将反应液倒入合适的模具中,在紫外光照射下反应10min,最终可得到粘性的聚合物胶体,其表面强度和硬度较低,可对其进行大范围的拉伸而不断裂(断裂伸长率可达2000%)。在本实施例中,可将其作为非金属材料粘结剂使用。
实施例7
取一定量1,2-二醇封端的聚丙二醇(以聚丙二醇400、丙烯酸为原料通过酯化反应制得双键封端的聚丙二醇,然后将其与3-巯基-1,2-丙二醇通过硫醇-烯烃click加成反应制得)溶解于甲苯溶剂中配制成0.3mol/L的溶液;同时,取一定量氨甲基苯硼酸封端的聚合物(a)(以丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2-巯基乙胺为原料,甲醇为溶剂,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得中间产物后,再以甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,与2-甲酰基苯硼酸通过Petasis反应合成最终产物)溶解于甲苯溶剂中配制成0.2mol/L的溶液。各取20ml聚丙二醇溶液和氨甲基苯硼酸封端的聚合物溶液加入到干燥洁净的烧杯中,在50℃条件下搅拌均匀后,滴加入少量的乙酸水溶液,混合搅拌30min后,加入1.5ml三乙胺,在50℃条件下继续反应。搅拌反应约90-120min后,将具有一定粘度的聚合物样品倒入到合适的模具中,将样品置于50℃烘箱中24h进行除溶剂,之后冷却到室温放置30min,最终得到透明薄膜状的聚合物样品。将其裁成80.0×10.0×(0.08±0.02)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为2.79±0.25MPa,拉伸模量为5.26±1.78MPa,断裂伸长率为638±112%。依据QB/T1130-91塑料直角撕裂性能试验方法制取直角无割口型标准试样进行薄膜撕裂性能测试,测得样品横向撕裂强度为8.34±2.35MPa,纵向撕裂强度为8.01±1.64MPa。聚合物薄膜坚韧且柔软,兼具较好的强度、模量以及韧性,可进行较大程度的延展和拉伸,并具有一定的抗撕裂性能。可将其作为精细产品的外包装膜,其耐刮擦并且可以起到防护作用。
实施例8
取一定量多元醇化合物(a)(以二乙二醇双丙烯酸酯、3-巯基-1,2-丙二醇为原料,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得)溶解于丙酮中配制成0.2mol/L的溶液;取一定量山梨醇溶解于丙酮中配制成0.2mol/L的溶液;同时,将氨甲基苯硼酸封端的聚乙二醇低聚物(b)(以1,4-二溴-2,5-双(溴甲基)苯为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后得1,4-二硼酸-2,5-双(氨甲基)苯,再将其与二溴封端的聚乙二醇800通过烃基化反应制得,其中反应溶剂为DMF,催化剂为碳酸钾,反应温度为90℃)溶解于丙酮中配制成0.3mol/L的溶液。各取10ml的三种溶液加入到干燥洁净的烧杯中,在50℃条件下缓慢地进行搅拌。搅拌约60-90min后溶液具有一定粘度,此时将样品利用乙醇进行沉淀,得到的样品倒入合适的模具中,将样品置于50℃烘箱中24h进行除溶剂以及进一步的反应,之后冷却到室温放置30min,最终得到膏状的聚合物样品,其表面硬度较低,具有较低的熔点和良好的热稳定性,可将其作为一种加工改性润滑剂进行使用。
实施例9
将二醇封端的聚合物(a)(以丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3-巯基-1,2-丙二醇为原料,甲醇为溶剂,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得)溶解在甲醇溶剂中,配制成0.2mol/L的溶液;取一定量多元醇化合物(b)(以3,4-二羟基苯乙烯、1,3,5-三嗪-2,4,6-三硫醇为原料,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得)溶解在甲醇溶剂中,配制成0.2mol/L的溶液;同时,取一定量的氨甲基苯硼酸化合物(c)(以3-溴-4-(溴甲基)苯甲醛、哌啶、溴乙烷为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再与甲基三苯基溴化磷、叔丁醇钾在室温下反应24h,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后得到季铵盐形式的2-(哌啶-1-甲基)-5-乙烯基苯硼酸,再以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应与1,3,5-三嗪-2,4,6-三硫醇制得最终产物)溶解于甲醇溶剂中配制成0.4mol/L的溶液。各取10ml二醇封端的聚合物溶液、多元醇化合物溶液和氨甲基苯硼酸化合物溶液加入到干燥洁净的烧杯中,在50℃条件下缓慢地进行搅拌,混合均匀后,滴加入少量的1mol/L NaOH溶液继续搅拌,搅拌约30-40min后,溶液粘度有所上升,此时将聚合物溶液倒入合适的模具中,并置于50℃烘箱中24h进行除溶剂,之后冷却到室温放置30min,最终得到有一定柔韧性的聚合物薄膜,薄膜表面硬度适中,但延展性一般。将其制成80.0×10.0×(0.08±0.02)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为2.08±0.44MPa,拉伸模量为5.20±0.87MPa,断裂伸长率为238±36%。样品拉断之后回收,将其略微加热之后可重新成膜,进行重复使用,此外,制得的产品也具有良好的可塑性,可根据不同形状的模具成型为不同外观形状的聚合物产品。
实施例10
将二醇封端的聚合物(a)(以丙三醇、环氧丙烷为原料,三氟化硼乙醚为催化剂,通过阳离子开环聚合合成羟基封端的三臂聚环氧丙烷,再将其与丙烯酸通过酯化反应得三臂聚环氧丙烷三丙烯酸酯,再将其与3-巯基-1,2-丙二醇在三乙胺催化条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得)溶解在甲醇溶剂中,配制成0.1mol/L的溶液,并从中取10ml样品加入到干燥洁净的烧瓶中。同时,取一定量氨甲基苯硼酸酯封端的聚合物(b)(以丙三醇、环氧丙烷为原料,三氟化硼乙醚为催化剂,通过阳离子开环聚合合成羟基封端的三臂聚环氧丙烷,再将其与丙烯酸通过酯化反应得三臂聚环氧丙烷三丙烯酸酯,再将其与2-巯基乙胺在三乙胺催化条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得中间产物后,再与2-甲酰基苯硼酸频哪醇酯通过Petasis反应合成最终产物)溶解于甲醇溶剂中配制成0.1mol/L的溶液,并取10ml加入到烧瓶中。在50℃条件下对混合溶液缓慢搅拌30min后,再加入少量的乙酸水溶液,继续搅拌约40-60min后,溶液粘度开始上升,将聚合物溶液倒入模具中,并置于50℃烘箱中24h进行除溶剂和进一步的反应,之后冷却到室温放置30min,最终得到的透明薄膜状的聚合物样品。将其裁成80.0×10.0×(0.08±0.02)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为4.64±0.25MPa,拉伸模量为8.36±1.40MPa,断裂伸长率为715±108%。依据QB/T 1130-91塑料直角撕裂性能试验方法制取直角无割口型标准试样进行薄膜撕裂性能测试,测得样品横向撕裂强度为13.63±0.44MPa,纵向撕裂强度为14.09±0.38MPa。聚合物薄膜呈现出优良的综合性能,不仅具有一定的拉伸强度,且抗撕裂能力良好,并兼具良好的延展性,可进行较大程度的拉伸。样品拉断之后回收,将其略微加热之后可重新成膜,进行重复使用,利用其所具有的生物相容性,可将其作为一种可回收性薄膜应用于医药护理领域。
实施例11
取一定量的丙烯酸-多巴胺丙烯酰胺无规共聚物(a)(以AIBN为引发剂,将3-丙烯酰多巴胺与丙烯酸通过自由基聚合共聚得到)溶解于离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐中,配制成0.2mol/L的溶液;同时,取一定量苯硼酸-丙烯酸无规共聚物(b)(以3-溴-4-(溴甲基)苯甲醛、N-异丙基甲胺为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再与甲基三苯基溴化磷、叔丁醇钾在室温下反应24h,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后溶解在甲醇水溶液中以AIBN为引发剂,在100℃条件下与丙烯酸无规共聚得到最终产物)溶解于离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐中,配制成0.2mol/L的溶液。各取10ml的共聚物溶液加入到干燥洁净的烧杯中通过搅拌混合均匀,依次加入1.6mg的十二烷基苯磺酸钠和32mg的碳纳米管,继续进行搅拌40-50min,而后置于60℃真空烘箱中6h进行进一步反应,而后将聚合物样品置于合适的模具中,将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为4.74±1.53MPa,拉伸模量为7.26±2.05MPa,断裂伸长率为368±124%。可将拉断的聚合物样品回收后,置于80℃的模具中施加一定压力放置8-12h重新成型(此过程中可选择对断面进行略微润湿)。在本实施例中,将其制成一种聚合物/碳纳米管导电凝胶进行使用,这种导电凝胶的电导率可随着外力变化表现出良好的响应效果,可将其作为一种应力监测传感器进行使用。
实施例12
在三口烧瓶中加入10.9ml的多元醇化合物(a)(以4-羟基苯乙烯、甲醛为原料,将其与六水合硝酸锌回流24h合成2-(羟甲基)-4-乙烯基苯酚,再以甲醇为溶剂,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,将其与季戊四醇四巯基乙酸酯通过硫醇-烯烃click加成反应制得),并加入0.1mg的BHT抗氧剂,在搅拌状态下加热到150℃;再量取12.7ml的氨甲基苯硼酸化合物(b)(以季戊四醇四丙烯酸酯、2-巯基乙胺为原料,甲醇为溶剂,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得中间产物后,再与2-甲酰基苯硼酸、1,2-丙二醇通过Petasis反应、酯化反应合成最终产物)加入到三口烧瓶中;然后称取7.72g氨甲基苯硼酸化合物(c)(利用2-甲酰基苯硼酸、氨气为原料,甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成2-氨甲基苯硼酸,再将其与四溴季戊醇、1,2-丙二醇分别通过烃基化反应、酯化反应制得,其中烃基化反应溶剂为DMF,催化剂为碳酸钾,反应温度为90℃,酯化反应催化剂为无水硫酸,反应温度为90℃)加入到三口烧瓶中,进行搅拌使其充分混合,加入少量的乙酸水溶液水解30min后,再在150℃继续反应40-60min后,将其倒入合适的模具中,并将样品置于80℃真空烘箱中24h进行进一步的反应,之后冷却到室温放置30min,最终得到块状的硬质性聚合物材料,聚合物样品表面光滑,并具有光泽度,将其从1.5m高的地方抛落后样品仍可保持原状,具有一定的表面强度和刚性。将其破碎后置于80℃模具中放置16h后,样品可重新成型。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为10mm/min,测得样品拉伸强度为5.53±0.79MPa,拉伸模量为11.48±2.32MPa,利用其所具有的可塑性、重复使用性及可回收性等特性可作为有机聚合物工艺品进行使用。
实施例13
取一定量树枝状的多元醇化合物(a)(以2,2-二甲氧基-苯基乙酮(DMPA)作为光引发剂,紫外光为光源,将三烯丙基胺与1,2-乙二硫醇通过硫醇-烯烃click加成反应制得一级中间产物后,再与三烯丙基胺继续通过硫醇-烯烃click加成反应制得二级中间产物,之后再与1,2-乙二硫醇通过硫醇-烯烃click加成反应制得三级中间产物,再与三烯丙基胺反应制得四级中间产物,最后与3-巯基-1,2-丙二醇通过硫醇-烯烃click加成反应制得最终产物)溶解于甲苯溶剂中配制成0.2mol/L的溶液;同时,取一定量氨甲基苯硼酸封端的聚合物(b)(以Zr-FI催化剂催化乙烯聚合生成乙烯基封端的聚乙烯,再将其与2-巯基乙胺通过硫醇-烯烃click加成反应制得中间产物后,再与2-甲酰基苯硼酸通过Petasis反应合成最终产物)加热溶解于甲苯溶剂中配制成0.8mol/L的溶液。各取10ml多元醇化合物溶液和氨甲基苯硼酸封端的聚合物溶液加入到干燥洁净的烧瓶中,在60℃条件下搅拌均匀后,滴加入少量的1mol/L NaOH溶液,在60℃条件下继续搅拌。缓慢搅拌约30-40min后,将溶液样品倒入到合适的模具中,将样品置于50℃烘箱中24h进行除溶剂,之后冷却到室温放置30min,最终得到透明薄膜状的聚合物样品。将其裁成80.0×10.0×(0.08±0.02)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为3.72±0.56MPa,拉伸模量为5.90±2.41MPa,断裂伸长率为876±172%。依据QB/T 1130-91塑料直角撕裂性能试验方法制取直角无割口型标准试样进行薄膜撕裂性能测试,测得样品横向撕裂强度为9.12±1.48MPa,纵向撕裂强度为9.78±2.03MPa。聚合物薄膜坚韧且柔软,兼具较好的强度、模量、韧性以及一定的抗撕裂性能,尤其在拉伸韧性方面表现出十分优异的特性。样品拉断之后可回收重新成膜,进行重复使用,可将其作为可拉伸包装薄膜进行使用。
实施例14
称取35g苯硼酸酯-二醇改性硅橡胶(a)(以甲基乙烯基硅橡胶、3-巯基-1,2-丙二醇、2-巯基乙胺为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过thiol-ene点击反应制得中间产物后,再与2-甲酰基苯硼酸新戊二醇酯通过Petasis反应合成得到最终产物)加入到小型密炼机中进行混炼10min后,加入10g蒙脱土、12g钛白粉、1.75g三氧化二铁、0.035g硅油继续混炼20-30min使得添加剂与胶料充分混合均匀,之后取出胶料,置于双辊机中压制成薄片,在室温下进行冷却,裁片。将制得的聚合物薄片浸于90℃的碱水中进行交联,然后取出,于80℃真空烘箱中放置6h进行进一步的反应和干燥,之后冷却到室温放置30min,从模具中取出样品,最终得到柔软的动态封堵胶材料,其具有良好的可塑性,可依据模具尺寸制备成不同形状的产品,并可对其进行回收利用。
实施例15
在干燥洁净的烧瓶中加入80ml氯仿溶剂,然后加入12g改性聚碳酸酯化合物(a)(从橙皮中提取苎烯氧化物,将其与二氧化碳在β-二亚胺锌的催化作用下发生聚合反应,得到聚碳酸酯PLimC,再将其与2-氨基乙硫醇、3-巯基-1,2-丙二醇通过thiol-ene点击反应制得中间产物后,再与2-甲酰基苯硼酸频哪醇酯通过Petasis反应得到最终产物),加热到60℃搅拌溶解后,滴加入少量的20%乙酸水溶液,搅拌混合30min,再加入2ml三乙胺,在氮气保护条件下反应2h,之后将反应液置于合适的模具中在50℃真空烘箱中干燥24h,最终得到透明的聚合物块状样品,将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为10mm/min,测得样品拉伸强度为7.74±2.65MPa,拉伸模量为15.86±4.59MPa,可将其制作成可回收性工艺制品或透明的日用品支架使用。
实施例16
取3.4g氨甲基苯硼酸改性的聚丁二烯(a)(以聚丁二烯、2-巯基乙胺为原料,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得中间产物后,再与2-甲酰基苯硼酸通过Petasis反应合成得到最终产物)分散于30ml环氧大豆油溶剂中,在其中加入1.7g的二醇改性二氧化硅(以乙烯基三乙氧硅烷表面改性二氧化硅之后,再与3-巯基-1,2-丙二醇在三乙胺催化条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得),在干燥洁净的烧杯中通过搅拌混合均匀后,再加入8.5mg的十二烷基苯磺酸钠,0.25g石墨烯,继续搅拌30-40min,之后将混合液置于合适的模具中在60℃条件下继续反应12h,之后置于室温冷却30min,得到聚丁二烯胶体。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为1.25±0.34MPa,拉伸模量为2.37±0.69MPa,断裂伸长率为347±56%。可将拉断的聚合物样品回收后,置于50℃的模具中放置8-12h重新成型。在本实施例中,可将聚合物样品制成一种石墨烯导电垫片使用,通过测定材料在应力作用下的电导率,可对外部作用力进行感应和监测,对于破损或不再需要的样品可进行回收,制成新的产品使用。
实施例17
取一定量二醇改性聚降冰片烯(a)(以2,3-二羟基丙基丙烯酸酯、环戊二烯为原料,通过Diels-Alder反应制得二醇改性的降冰片烯;将二醇改性的降冰片烯与降冰片烯以茂金属催化剂/甲基铝氧烷为催化体系,通过加成聚合反应制得)加热溶解于邻二氯苯溶剂中配制成0.2mol/L的溶液,从中取40ml加入到干燥洁净的烧瓶中。往烧瓶中再加入2.06g氨甲基苯硼酸化合物(b)(以1,4-二溴-2,5-双(溴甲基)苯为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后得1,4-二硼酸-2,5-双(氨甲基)苯,再将其与1,14-二溴十四烷通过烃基化反应制得,其中烃基化反应溶剂为DMF,催化剂为碳酸钾,反应温度为90℃)加热搅拌均匀,滴加入2ml的三乙胺,然后置于80℃水浴加热条件下进行搅拌反应,反应4h后,通过减压抽滤得到聚合物固态样品。将聚合物样品放入模具中加热加压成型,可得到块状的聚合物片材,在其表面进行划痕后,将其置于60℃烘箱中加热放置4-6h,划痕消失,聚合物样品在外力作用下可进行缓慢地拉伸延展,在外力去除之后,样品能够逐渐恢复原状,具有一定的形状记忆功能。
实施例18
称取45g苯硼酸改性苯乙烯-马来酸酐共聚物(以对甲苯磺酸为催化剂,将2-氨甲基苯硼酸与苯乙烯-马来酸酐共聚物反应制得),5g多元醇化合物(以季戊四醇四丙烯酸酯、3-巯基-1,2-丙二醇为原料,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得),1.5g二月桂酸二正丁基锡,4.5g邻苯二甲酸二辛酯,10g发泡剂F141b,0.24g硬脂酸,0.05g抗氧剂168,0.10g抗氧剂1010混合均匀后,加入到小型密炼机中进行密炼共混,并控制混合温度在40℃以下。混炼完毕后,将样品取出,放置入平板模具中进行模压成型,其中模压温度为100-110℃,模压时间为10-15min,压力为10MPa,然后将脱模后的发泡坯料置于80℃真空烘箱中6h进行进一步的反应,最终得到聚苯乙烯基发泡聚合物样品,将其制成20.0×20.0×20.0mm尺寸的块状样品,利用万能试验机进行压缩性能测试,压缩速率为2mm/min,测得样品压缩强度为0.37MPa。得到的聚合物泡沫材料质量轻、发泡倍率大,可以作为蔬菜水果和水产品的包装材料得以广泛应用。
实施例19
称取3.7g的季戊四醇加入到三口烧瓶中,再称取13.4g氨甲基苯硼酸封端的聚四氢呋喃(a)(以1,4-二溴-2,5-双(溴甲基)苯为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后得1,4-二硼酸-2,5-双(氨甲基)苯,再将其与二溴封端的聚四氢呋喃通过烃基化反应制得,其中反应溶剂为DMF,催化剂为碳酸钾,反应温度为90℃)加入到三口烧瓶中,在搅拌的状态下将温度升到100℃进行混合反应。反应约20-30min后,可得到呈膏状的粘稠样品,将聚合物样品浇注到合适的模具中,在真空条件下置于80℃烘箱中继续反应12h,之后冷却到室温放置30min,得到的聚合物样品呈橡胶状,在较慢的拉伸速率下能够大范围拉伸,发生蠕变;但若快速拉伸,则表现出弹性特征,用手指进行按压后能够快速复原。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为1.34±0.27MPa,拉伸模量为2.42±0.56MPa,断裂伸长率可达1023±244%。本材料可以制作成具有魔幻弹性的玩具。
实施例20
取一定量的丙烯酰胺-二醇共聚物(a)(以AIBN为引发剂,将2,3-二羟基丙基丙烯酸酯与N,N-二甲基丙烯酰胺通过自由基聚合共聚得到)加热溶解于DMF溶剂中,配制成0.2mol/L的溶液,同时,取一定量丙烯酰胺-苯硼酸共聚物(b)(以3-溴-4-(溴甲基)苯甲醛、二甲胺为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再与甲基三苯基溴化磷、叔丁醇钾在室温下反应24h,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后得到2-(二甲基氨基)甲基-5-乙烯基苯硼酸,将其与3-丙烯酰胺基苯硼酸、N,N-二甲基丙烯酰胺通过自由基共聚得到最终产物)加热溶解于DMF溶剂中配制成0.1mol/L的溶液。各取20ml的丙烯酰胺-二醇共聚物溶液和丙烯酰胺-苯硼酸共聚物溶液加入到干燥洁净的烧杯中通过搅拌混合均匀,搅拌60min后,加入0.5g经过表面修饰的Fe3O4粒子和0.3g皂土,继续超声1min,使Fe3O4粒子在其中分散均匀,接着滴加入少量1mol/L的NaOH溶液,置于60℃条件下恒温水浴反应2h。反应结束后,得到分散有磁性粒子的聚合物有机凝胶,其具有一定的粘弹性。有机凝胶也能够在外加磁场作用下表现出一定的形状记忆特性。
实施例21
取20g的乙烯-乙烯醇共聚物、30g苯硼酸接枝改性聚乙烯(利用2-甲酰基苯硼酸、氨气为原料,甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成2-氨甲基苯硼酸;以过氧化二异丙苯为引发剂,用马来酸酐接枝改性聚乙烯;然后以对甲苯磺酸为催化剂,用2-氨甲基苯硼酸与马来酸酐接枝聚乙烯反应得最终产物)、1g阻燃剂TPP、0.5g三氧化二锑、0.5g硬脂酸、0.05g抗氧剂168、0.1g抗氧剂1010、0.1g二月桂酸二正丁基锡、0.25g二甲基硅油混合均匀后,加入到小型挤出机中进行挤出共混,挤出温度为160-180℃,得到的挤出样条进行造粒之后,利用小型注塑机进行制样,注射温度为160-180℃,而后将制得的样条置于模具中,在100-120℃氮气保护条件下放置6h,最终得到具有阻燃性能的动态聚合物样品。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为11.91±2.13MPa,拉伸模量为23.03±4.36MPa,断裂伸长率为268±64%,样品具有一定的力学性能以及良好的阻燃性。此外,制得的产品也具有良好的可塑性,可根据不同形状的模具成型为不同外观的聚合物产品。在本实施例中,可将聚合物样品制成阻燃板材使用,并能将其进行回收重复利用。
实施例22
取45g二醇接枝改性聚氯乙烯(将2-氨基-1,3-丙烷二醇与聚氯乙烯通过接枝反应制得)、55g苯硼酸接枝改性聚氯乙烯(利用2-甲酰基苯硼酸、氨气为原料,甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成2-氨甲基苯硼酸;将2-氨甲基苯硼酸与聚氯乙烯通过接枝反应制得)、20g邻苯二甲酸二辛脂、10g MBS增韧剂、1g硬脂酸、0.1g抗氧剂168、0.2g抗氧剂1010、0.2g二月桂酸二正丁基锡、0.5g二甲基硅油混合均匀后,加入到小型挤出机中进行挤出共混,挤出温度为120-150℃,得到的挤出样条进行造粒之后,利用小型注塑机进行制样,注射温度为130-160℃,而后将制得的样条置于模具中,在100-120℃氮气保护条件下放置6h,最终得到增韧的动态聚合物样品。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为13.56±4.02MPa,拉伸模量为20.38±4.75MPa,断裂伸长率为892±234%,样品具有良好的柔韧性,可在较大范围内进行拉伸。此外,制得的产品也具有良好的可塑性,可根据不同形状的模具成型为不同外观的聚合物产品。在本实施例中,可将聚合物样品制成外套型软管使用,在其出现破损之后,在100℃条件下能重新成型,进行回收重复利用。
实施例23
取0.8g的一缩二甘油醚、0.55g蔗糖加热溶解于20ml的乙酸乙酯溶剂中;同时,取一定量的乙烯基吡咯烷酮-苯硼酸共聚物(以3-溴-4-(溴甲基)苯甲醛、二甲胺、溴乙烷为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再与甲基三苯基溴化磷、叔丁醇钾在室温下反应24h,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后溶解在甲醇水溶液中以AIBN为引发剂,在100℃条件下与乙烯基吡咯烷酮进行自由基聚合得到最终产物)溶解于乙酸乙酯溶剂配制成0.2mol/L的溶液。各取10ml的季戊四醇、蔗糖混合溶液和10ml的共聚物溶液加入到干燥洁净的烧杯中,依次加入0.03g十二烷基苯磺酸钠、0.6g玻璃微纤,在50℃条件下搅拌10min后,加入15mg皂土,继续搅拌10-20min,则可得到分散有玻璃微纤的聚合物样品,将样品置于50℃烘箱中24h进行除溶剂,之后冷却到室温放置30min,最终得到具有一定的回弹性,表面硬度较高,延展性一般的琼脂状聚合物样品。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为3.23±0.35MPa,拉伸模量为6.02±0.49MPa,断裂伸长率为143±45%。此外,制得的产品也具有良好的可塑性,可根据实际需要放置于不同形状的模具中,并在一定温度条件下施加一定压力,即可根据模具成型为不同形状的聚合物产品,可以将其应用于制备各种可回收性密封胶或密封圈。
实施例24
取0.272g季戊四醇、2g聚乙烯醇、0.41g氨甲基苯硼酸化合物(a)(以2-甲酰基苯硼酸、甲胺为原料,甲苯为溶剂,硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成(2-(甲氨基)甲基)苯硼酸,再将其分别与1,6-二溴己烷、1,2-二醇丙烷通过烃基化反应、酯化反应制得,其中烃基化反应溶剂为DMF,催化剂为碳酸钾,反应温度为90℃,酯化反应催化剂为无水硫酸,反应温度为90℃)、4.2g丙烯酸-苯硼酸共聚物(以3-溴-4-(溴甲基)苯甲醛、四氢吡咯为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再与甲基三苯基溴化磷、叔丁醇钾在室温下反应24h,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后溶解在甲醇水溶液中以AIBN为引发剂,在80℃条件下与丙烯酸通过自由基进行无规共聚得到最终产物)溶解于20ml的甲醇溶剂中,加入2mg的BHT抗氧剂。对混合溶液进行缓慢搅拌,让各项组分溶解混合均匀后,取20ml溶液,倒入干燥洁净的烧杯中,滴加入一定量的1mol/L NaOH溶液继续搅拌。溶液的粘度随着搅拌的进行不断上升,在缓慢搅拌30-40min后,将聚合物溶液倒入到合适的模具中,置于50℃真空烘箱中干燥24h进行除溶剂,之后冷却到室温放置30min,最终得到胶状的聚合物样品,其具有良好的回弹性,并可进行一定程度的拉伸延展,用手指对其进行按压后,材料能够迅速回弹。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为3.52±0.88MPa,拉伸模量为5.78±1.64MPa,断裂伸长率为428±126%。在本实施例中,可将得到的聚合物材料作为超级热熔胶或者室温自粘性材料使用,并可对其进行回收重复利用。
实施例25
取一定量的海藻酸钠溶解于去离子水/丙酮混合溶剂中配制成0.1mol/L的溶液,取10ml溶液加入到干燥洁净的烧杯中。同时,取一定量的丙烯酰胺-苯硼酸共聚物(以3-溴-4-(溴甲基)苯甲醛为原料,THF为溶剂,室温条件下反应4h后,再与甲基三苯基溴化磷、叔丁醇钾在室温下反应24h,再以Mg为催化剂,加热到60℃反应3h,然后加入硼酸三丁酯室温反应8h,提纯后制得2-(哌啶-1-甲基)-4-乙烯基苯硼酸,再以AIBN为引发剂,在80℃条件下将其与丙烯酰胺通过自由基聚合进行无规共聚制得最终产物)溶解于去离子水/丙酮混合溶剂中配制成0.2mol/L的溶液。取10ml的丙烯酰胺-苯硼酸共聚物溶液与海藻酸钠溶液混合均匀,并在其中加入0.1g有机膨润土、0.1g皂土、0.1g二月桂酸二丁基锡、微量荧光增白剂KSN、10mg光稳定剂770、0.2g二氧化硅,继续搅拌混合均匀后,滴加入少量的1mol/L NaOH溶液,加热到60℃继续反应3h,将其置于60℃真空烘箱中干燥之后,可得到粘稠的聚合物样品,将其涂覆于底材表面晾干后,可形成一种耐刮擦、可剥离再生的涂层,对基体材料起到保护作用。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (24)

1.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
2.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;
并且,组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
3.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I),其分子量不超过1000Da。
4.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少一种多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少一种苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元。
5.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中含有大分子多元醇化合物(I)或组分(2)中含有大分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种大分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元,或至少一种大分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
6.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
7.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种小分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,或组分(2)中至少含有一种小分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da;
并且,组分(1)中仅含有小分子多元醇化合物(I)时,至少一种小分子多元醇化合物(I)含有三个或三个以上二醇基元;组分(2)中仅含有小分子苯硼酸化合物(II)时,至少一种小分子苯硼酸化合物(II)含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
8.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
9.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有两个或两个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有两个或两个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种小分子多元醇化合物(I),其含有三个或三个以上二醇基元,且组分(2)中至少含有一种小分子苯硼酸化合物(II),其含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元;其中,所述的小分子多元醇化合物(I)与小分子苯硼酸化合物(II),其分子量不超过1000Da。
10.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II)。
11.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),或组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II);其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
12.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的苯硼酸化合物(II);
其中,组分(1)中至少含有一种大分子多元醇化合物(I),且组分(2)中至少含有一种大分子苯硼酸化合物(II);其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
13.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
组分(1),为至少一种含有三个或三个以上二醇基元的大分子多元醇化合物(I),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
组分(2),为至少一种含有三个或三个以上氨甲基苯硼酸基元的大分子苯硼酸化合物(II);
其中,所述的大分子多元醇化合物(I)与大分子苯硼酸化合物(II),其分子量大于1000Da。
14.一种动态聚合物材料,其特征在于,其在聚合物链骨架上含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,其中氨甲基苯硼酸酯键完全水解后至少获得以下组分:
至少一种同时含有一个或一个以上二醇基元和一个或一个以上氨甲基苯硼酸基元的化合物(III),其中,所述二醇基元选自1,2-二醇基元和1,3-二醇基元;
其中,至少一种化合物(III)含有的二醇基元数和氨甲基苯硼酸基元数之和为三个或三个以上。
15.根据权利要求1到14中任一项所述的动态聚合物材料,其特征在于,所述1,2-二醇基元选自乙二醇及其被取代形式失去至少一个非羟氢原子后形成的残基、以及邻二酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合失去至少一个非羟氢原子后形成的残基;所述1,3-二醇基元选自1,3-丙二醇及其被取代形式失去至少一个非羟氢原子后形成的残基、以及2-羟甲基酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合失去至少一个非羟氢原子后形成的残基;所述氨甲基苯硼酸基元选自2-(氨甲基)苯硼酸、2-(氨甲基)苯硼酸酯失去至少一个苯环或氨基上的氢原子后形成的残基,其中,氨甲基中的氨基选自伯胺、仲胺、叔胺或季铵盐。
16.根据权利要求1到14中任一项所述的动态聚合物材料,其特征在于,所述的多元醇化合物(I),其以如下结构表示:
其中,G为含有1,2-二醇基元、或1,3-二醇基元、或1,2-二醇基元和1,3-二醇基元的基团;n为G的个数,n≥2;L为两个或多个G之间的连接基团,其选自单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da的二价或多价无机大分子链残基;q为L的个数,q≥0。
17.根据权利要求16所述的动态聚合物材料,其特征在于,多元醇化合物(I)中含有的G具有单一结构或多种结构,其选自以下任一种结构:含有1,2-二醇基元的线型结构、含有1,2-二醇基元的环状结构、含有1,3-二醇基元的线型结构、含有1,3-二醇基元的环状结构;
其中,含有1,2-二醇基元的线型结构,其选自以下任一种结构或其异构形式:
其中,R1~R3为与1,2-二醇基元相连的一价基团,各自独立地选自氢原子、杂原子基团、分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基;其中,L与R1~R3连接在1,2-二醇基元的两个碳原子上;其中,A1~A4的异构形式各自独立地选自位置异构、构象异构、手性异构中任一种;
其中,含有1,2-二醇基元的环状结构,其由乙二醇分子残基中的两个碳原子间通过同一个基团相连成环,或者由邻二酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合构成;其中,环状结构为3~200元环,环状结构的数量为1个、2个或更多个,G中的环状结构选自以下任一种:脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合;其中,L连接在1,2-二醇基元环状结构的成环原子上;
其中,含有1,3-二醇基元的线型结构,其选自以下任一种结构或其异构形式:
其中,R4~R8为与1,3-二醇基元相连的一价基团,各自独立地选自氢原子、杂原子基团、分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基;其中,L与R4~R8连接在1,3-二醇基元的三个碳原子上;其中,B1~B6的异构形式各自独立地选自位置异构、构象异构、手性异构中任一种;
其中,含有1,3-二醇基元的环状结构,其由1,3-丙二醇分子残基中的两个碳原子间通过同一个基团相连构成,或者由2-羟甲基酚及其被取代形式及其被杂化形式及其组合构成;环状结构为3~200元环,环状结构的数量为1个、2个或更多个,G中的环状结构选自以下任一种:脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合;其中,L连接在1,3-二醇基元环状结构的成环原子上和1,3-二醇基元的碳原子上。
18.根据权利要求1到14中任一项所述的动态聚合物材料,其特征在于,所述的苯硼酸化合物(II),其以如下结构表示:
其中,A为含有氨甲基苯硼酸基元的基团;m为A的个数,m≥2;Q为两个或多个A之间的连接基团,其选自单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基;p为Q的个数,p≥0。
19.根据权利要求18所述的动态聚合物材料,其特征在于,苯硼酸化合物(II)中含有的A具有单一结构或多种结构,其选自以下任一种结构:邻位连有线型氨甲基结构的苯硼酸结构,邻位连有环状氨甲基结构的苯硼酸结构;
其中,邻位连有线型氨甲基结构的苯硼酸结构,其选自以下任一种结构或其异构形式:
其中,Bor代表硼酸基或硼酸酯基;R9~R13为与氨甲基苯硼酸基元相连的一价基团,各自独立地选自氢原子、杂原子基团、分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量大于1000Da的聚合物链残基;其中,Q与R9~R13连接在氨甲基苯硼酸基元中苯环的碳原子和氨基的氮原子上;其中,C1~C6的异构形式各自独立地选自位置异构、构象异构中任一种;其中,C1~C6结构中的氨基选自伯胺、仲胺、叔胺或季铵盐;
其中,邻位连有环状氨甲基结构的苯硼酸结构,其氨甲基中的氨基所在结构为环状结构,环状结构的数量为1个,环状结构为3~6元的任一种氮杂单环;其中,Q连接在氨甲基苯硼酸基元中苯环的碳原子上和氨基所在环状结构的成环原子上;其中,邻位连有环状氨甲基结构的苯硼酸结构中的氨基选自叔胺或季铵盐。
20.一种动态聚合物材料,其特征在于,其同时含有二醇基元与氨甲基苯硼酸基元形成的氨甲基苯硼酸酯键,以及二醇基元与其他有机硼酸基元形成的其他有机硼酸酯键;其中,其他有机硼酸基元,其选自其他有机硼酸基、其他有机硼酸酯基。
21.根据权利要求1到14、20中任一项所述的动态聚合物材料,其特征在于,其至少利用以下化合物进行配方组合反应获得:
多元醇化合物(I),其含有1,2-二醇基元、或者1,3-二醇基元、或者1,2-二醇基元和1,3-二醇基元的组合;苯硼酸化合物(II),其含有氨甲基苯硼酸基元;化合物(III),其同时含有1,2-二醇基元、或者1,3-二醇基元、或者1,2-二醇基元和1,3-二醇基元的组合以及氨甲基苯硼酸基元;化合物(IV),其含有氨甲基苯硼酸酯键和其他反应性基团;化合物(V),其不含有1,2-二醇基元、1,3-二醇基元、氨甲基苯硼酸基元以及氨甲基苯硼酸酯键但含有其他反应性基团;其中,多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)、化合物(III)均含有至少两个官能团且至少一种多元醇化合物(I)或苯硼酸化合物(II)或化合物(III)为三官能团及其以上,化合物(IV)均含有至少两个其他反应性基团;其中,多元醇化合物(I)、苯硼酸化合物(II)和化合物(V)不单独作为原料制备动态聚合物材料;
所述的化合物(III),其以如下结构表示:
其中,A为含有氨甲基苯硼酸基元的基团;x为A的个数,x≥1;G为含有1,2-二醇基元、或1,3-二醇基元、或1,2-二醇基元和1,3-二醇基元的基团;y为G的个数,y≥1;T为两个或多个A之间、或者两个或多个G之间、或者A与G之间的连接基团,其选自以下任一种或任几种结构:单键、杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基;v为基团T的个数,v≥1;
所述的化合物(IV),其以如下结构表示:
其中,E为含有氨甲基苯硼酸酯键的模块;u为模块E的个数,u≥1;Y为单个模块E上的取代基团,或者为单个模块E上的取代基团和两个或多个模块E之间的连接基团,且至少一个基团Y与氨甲基苯硼酸酯键的氨甲基苯硼酸基元相连,至少一个基团Y与氨甲基苯硼酸酯键的二醇基元相连;其中,在至少一个基团Y中含有至少一个其他反应性基团,并且在所有基团Y中含有的其他反应性基团数大于等于2;r为基团Y的个数,r≥2。
22.根据权利要求21所述的动态聚合物材料,其特征在于,构成动态聚合物的配方组分还包括以下任一种或任几种可添加物:助剂、填料;
其中,可添加的助剂选自以下任一种或任几种:催化剂、引发剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、增韧剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、发泡剂、动态调节剂、抗静电剂、乳化剂、分散剂、着色剂、荧光增白剂、消光剂、阻燃剂、成核剂、流变剂、增稠剂、流平剂;
其中,可添加的填料选自以下任一种或任几种:无机非金属填料、金属填料、有机填料。
23.根据权利要求1-14、20中任一项所述的动态聚合物材料,其特征在于,其具有以下任一种形态:普通固体、胶、弹性体、普通有机凝胶、齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、离子液体溶胀凝胶、泡沫材料。
24.根据权利要求1-14、20中任一项所述的动态聚合物材料,其特征在于,其应用于以下制品:粘结剂、夹层胶、韧性材料、形状记忆材料、密封材料、玩具、力传感器。
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