CN108342013A - 一种杂化交联动态聚合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种杂化交联动态聚合物,其含有有机硼酸酯键以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。此类动态聚合物结合了动态共价有机硼酸酯键与普通共价交联各自的优势,并通过对反应物结构的调控,可制备出结构丰富,性能多样的聚合物材料。动态聚合物中有机硼酸酯键具有的动态可逆性,使得聚合物可体现出刺激响应性等功能特性,在特定结构中对材料起到增韧、阻尼、抗冲击等作用;而普通共价交联又赋予了聚合物以一定的强度和稳定性。该动态聚合物可用于制作减震缓冲材料、抗冲击防护材料、韧性材料、密封材料、力传感器等。

Description

一种杂化交联动态聚合物及其应用
技术领域
本发明涉及智能聚合物领域,具体涉及一种由动态共价键和普通共价键构成的杂化交联动态聚合物。
背景技术
随着科学技术的发展与进步,进入21世纪之后,涌现出了大批种类繁多、性能各异的智能聚合物材料,而传统聚合物也在其基本性能的基础上,不断朝着功能化、智能化、精细化的方向发展,聚合物材料也由结构材料向具有光、电、声、磁、生物医学、仿生、催化、物质分离及能量转换等效应的功能材料方向扩展,出现了一系列诸如分离材料、生物材料、智能材料、贮能材料、光导材料、纳米材料、电子信息材料等具有功能效应的新型聚合物材料。对于聚合物结构与性能关系的研究,也由宏观进入微观,从定性进入定量,由静态进入动态,逐步实现在分子设计水平上合成并制备能够达到期望功能的聚合物。
传统的聚合物一般由普通共价键构成,普通共价键由于具有较高的键能,赋予了聚合物以良好的稳定性和应力承载能力。而动态共价键则是一类可以在一定条件下进行可逆反应的化学键,它比非共价键稳定,但键能又弱于普通共价键,通过控制外界的条件可以实现动态共价键的断裂和形成。将动态共价键引入聚合物,是一种形成新型智能聚合物的可行方法。在聚合物中引入动态共价键的意义在于,动态共价键在普通共价键的基础上,具有超分子化学中非共价相互作用所具有的动态可逆特性,同时又规避了超分子非共价相互作用本身键能较弱,稳定性较差,易受外界因素影响的缺陷。因此,通过在聚合物中引入动态共价键,有希望能够获得具有良好综合性能的聚合物。
通过交联的手段使得聚合物等组分形成无限三维网络结构,能够使得聚合物在热稳定性、力学性能、耐溶剂性等方面的性能得以提高,并可以获得具有良好使用性能和应用价值的聚合物材料。对于传统的交联聚合物,其一般分为化学交联型或者是物理交联型。化学交联型聚合物一般通过普通共价键交联形成,一旦形成,则非常稳定,力学性能也比较优良;物理交联型聚合物一般通过非共价相互作用交联形成,其突出的特点是具有动态可逆性,交联结构和聚合物的性能具有可变性。而目前普遍使用的交联聚合物,其往往是由单一的普通共价键或单一的动态共价键所构成,还无法良好地将结构性与动态性在聚合物中进行有机地结合,其动态性的可逆效果以及调控能力也十分有限,需要发展出一种新型的聚合物填补这一空白。
发明内容
本发明针对上述背景,提供了一种杂化交联动态聚合物,其含有有机硼酸酯键以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。所述的动态聚合物在具有良好的力学强度和一定的韧性的同时,也表现出良好的动态可逆性,并可体现出刺激响应性、可塑性等功能特性。
本发明通过如下技术方案予以实现:
一种杂化交联动态聚合物,其含有有机硼酸酯键以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。其中,所述杂化交联动态聚合物的形态选自以下任一种:普通固体、弹性体、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。
本发明中所述的杂化交联动态聚合物中,还可选地含有超分子氢键作用,其中,超分子氢键作用可以是链内非交联作用和/或链间交联作用和/或非交联作用。
在本发明的实施方式中,杂化交联动态聚合物可以由一个或多个交联网络所构成。当杂化交联动态聚合物仅由一个交联网络构成时,在所述的交联网络结构中同时含有所述的普通共价交联和动态共价交联。当杂化交联动态聚合物由两个或多个交联网络构成时,其可以由两个或多个相互共混的交联网络构成,也可以由两个或多个相互穿插的交联网络构成,也可以由两个或多个部分相互穿插的交联网络构成,也可以由以上三种交联网络进行组合构成,但本发明不仅限于此。
根据本发明的一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中同时含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度达到凝胶点以上。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络仅含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络同时含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,并且其中分散着含有有机硼酸酯键的非交联动态聚合物。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,并且其中分散着以有机硼酸酯键交联的具有凝胶点以上交联结构的动态聚合物颗粒。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中同时含有由有机硼酸酯键形成动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度达到凝胶点以上,同时,在交联网络中还含有超分子氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上,同时在至少一个交联网络中还含有超分子氢键作用。
此外,本发明还可以有其他多种多样的杂化网络结构实施方式,一个实施方式中可以包含多个相同或不相同的交联网络,同一个交联网络中可以含有不同的普通共价交联和/或不同的有机硼酸酯键交联,同时还可选地含有相同或不同的超分子氢键作用,其中超分子氢键作用可以与普通共价交联和/或动态共价交联在同一个交联网络中或者在各自独立的交联网络中或者部分与共价交联网络相互作用,也可以以非交联聚合物的形式分散在普通共价交联和/或动态共价交联网络中。任何一个网络的任何一种交联的交联度也可以合理地进行控制,以达到调控平衡结构和动态性能的目的。本领域的技术人员可以根据本发明的逻辑和脉络,合理有效地实现。
本发明还提供一种吸能方法,其特征在于,提供一种杂化交联动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的杂化交联动态聚合物,其含有有机硼酸酯键以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。
在本发明中所述的有机硼酸酯键,其选自如下结构中的一种:
其中,所述结构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;表示任意元数的芳香族环,优选为六元环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于有机硼酸酯键中的五元环或六元环中;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;表示与氢原子、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,硼原子和碳原子分别通过至少一个所述连接接入聚合物链形成所述的杂化交联动态聚合物;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。
在本发明中所述的有机硼酸基元,其优选自有机硼酸基、有机硼酸酯基、有机硼酸盐基、有机硼卤烷基。
在本发明中所述的二醇基元,其优选自1,2-二醇基元、邻二酚基元、1,3-二醇基元、2-羟甲基酚基元中的一种。
在本发明的实施方式中,所述的杂化交联动态聚合物还可选地含有超分子氢键作用。所述的可选地含有的超分子氢键作用,其由存在于杂化交联动态聚合物交联网络的聚合物链骨架、侧基、端基以及非交联型聚合物链骨架、侧基、端基中任一处或多处的氢键基团之间形成氢键构成。其中,所述的氢键基团也可以存在于小分子中。
其中,所述的氢键基团优选含有以下结构成分:
更优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子(包括氢原子)的连接。在本发明的实施方式中,氢键基团可选自酰胺基、氨基甲酸酯基、脲基、硫代氨基甲酸酯基以及以上基团的衍生物等。
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所述的动态聚合物:
含有有机硼酸基元的有机硼化合物(I);含有二醇基元的多元醇化合物(II);同时含有有机硼酸基元以及二醇基元的化合物(III);含有有机硼酸酯键和其他反应性基团的化合物(IV);不含有有机硼酸基元、二醇基元以及有机硼酸酯键但含有其他反应性基团的化合物(V);其中,有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II)和化合物(V)不单独作为原料制备动态聚合物材料。
所述的有机硼化合物(I)、多元醇化合物(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;在有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II)、化合物(III)中,可以含有或者不含有其他反应性基团。
在本发明的实施方式中,反应物原料中的有机硼酸基元、二醇基元能够在加热、辐射、光照等条件下或者在引发剂、催化剂等添加剂的作用下进行反应形成有机硼酸酯键;反应物中能够进行普通共价交联的其他反应性基团,也能够在加热、辐射、光照等条件下或者在引发剂、交联剂、固化剂等添加剂的作用下进行普通共价交联形成普通共价键,从而与有机硼酸酯键一同构成动态聚合物的杂化交联网络。
在本发明的实施方式中,杂化交联动态聚合物在制备过程中还可以选择性地加入某些可添加的其他聚合物、助剂、填料进行共混来共同组成杂化交联动态聚合物。
在本发明的实施方式中,所述的杂化交联动态聚合物性能大范围可调,具有广阔的应用前景,在军事航天设备、功能涂层、生物医药、生物医用材料、能源、建筑、仿生、智能材料等领域,都体现出令人瞩目的应用效果。具体来说,可将其应用于制作减震器、缓冲材料、抗冲击防护材料、运动防护制品、军警防护制品、自修复性涂层、自修复性板材、自修复性粘结剂、防弹玻璃夹层胶、韧性材料、形状记忆材料、密封件、玩具、力传感器等制品。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的杂化交联动态聚合物在其结构中结合了普通共价交联、有机硼酸酯键以及可选的超分子氢键作用,充分利用并结合了各作用的优点。其中,普通共价交联为动态聚合物提供了一个强而稳定的网络结构,聚合物可以保持平衡结构,也即尺寸稳定性;而动态有机硼酸酯键则为动态聚合物提供了一个可自发地或在外界作用下可逆变化的动态结构,从而实现了动态共价键与普通共价键的“动静结合”,在聚合物网络中表现出协同作用。传统的交联结构中由于没有分子间滑移作用且键断裂能普遍较高,基本需要依靠交联点间链段受力时的伸长来提供韧性,因此得到的交联聚合物一般韧性比较有限,而在聚合物中引入动态共价键后,动态共价键在外力作用下能以“可牺牲键”的形式进行断裂,从而耗散大量的能量,为交联聚合物提供了足够的韧性,使得交联聚合物在拥有交联结构固有的力学强度和稳定性的同时,也拥有优异的拉伸韧性和抗撕裂性。相比于传统的普通共价交联聚合物,本发明中的有机硼酸酯键能够凭借其较高的动态可逆性以及应力敏感性,使得交联聚合物能够及时、迅速地对外力做出反应;而相比于现有的超分子交联聚合物,本发明中的有机硼酸酯键又因其共价性质在断裂过程中能够耗散更多的能量,从而更好地提升材料的吸能特性和韧性。而且有机硼酸酯键的断裂是可逆的,可复原的,赋予材料以耐用性。基于有机硼酸酯键和可选的超分子氢键作用的强动态性,聚合物可以表现出胀流性,从而产生从蠕变性到高弹性的转变,对冲击力分散的能力大大提高,从而达到优异的抗冲击效果;而且由于普通共价交联的存在,聚合物具有自支撑性,免去采用囊袋对聚合物进行装裹但却可能泄露的麻烦,具有优异的实用性。利用本发明所采用的设计思路,在保留了传统交联聚合物力学强度、稳定性等特性的同时,改变了传统交联聚合物断裂伸长率低,韧性差的缺陷,又具有优异的抗冲击性能,这是现有技术所无法达到的。
(2)本发明中杂化交联动态聚合物的结构丰富,性能多样,其所含有的普通共价组分和动态共价组分具有可调控性。通过调整原料化合物中的官能团数、分子结构、分子量和/或在原料化合物中引入具有反应性的基团、促进动态性的基团、具有功能性的基团和/或调整原料组成等参数,可制备出具有不同结构的动态聚合物,从而使动态聚合物体现出丰富各异的性能。特别地,通过对有机硼化合物中硼原子邻近基团的设计,可以调整有机硼酸酯的动态性,从而获得不同性能的杂化交联材料。
(3)杂化交联动态聚合物中动态可逆键的动态性强、动态反应条件温和。相比于现有的其他动态共价体系,本发明充分利用了有机硼酸酯键兼具有的良好的热稳定性和高动态可逆性,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和动态可逆性,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。
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
本发明涉及一种杂化交联动态聚合物,其含有有机硼酸酯键以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上;其中,所述杂化交联动态聚合物的形态选自以下任一种:普通固体、弹性体、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。
本发明中所述的杂化交联动态聚合物中,还可选地含有超分子氢键作用,其中,超分子氢键作用可以是链内非交联作用和/或链间交联作用和/或非交联作用。
本发明中所用术语“聚合”,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形成具有较高分子量的产物的过程,即除交联作用以外的链的增长过程/作用。其中,反应物可以为具有聚合能力(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”,其包含除反应物分子链交联过程以外的反应物分子链的线性增长过程、支化过程、成环过程等;在本发明的实施方式中,“聚合”包含由有机硼酸酯键、普通共价键的键合以及超分子氢键的非共价相互作用所引起的链增长过程。
本发明中所用术语“交联”,指的是反应物分子间和/或反应物分子内通过有机硼酸酯键和/或普通共价键间的化学链接以及超分子氢键的物理作用形成具有二维、三维团簇型和/或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/三维方向进行增长,逐步形成二维或三维团簇,再发展为三维无限网络结构。需要说明的是,本发明中的交联结构,其特指凝胶点以上(含凝胶点,下同)的三维无限网络结构,而非交联结构则指的是线型、环状、支化等结构以及凝胶点以下的二维、三维团簇结构。本发明中所述的“凝胶点”(也称为渗滤阈值),指的是反应物在交联过程中,粘度突增,开始出现凝胶化现象,初次开始交联达到一个三维无限网络时的反应点。处于凝胶点(含凝胶点)以上的交联产物,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。
在本发明的实施方式中,杂化交联动态聚合物可以由一个或多个交联网络所构成。当杂化交联动态聚合物仅由一个交联网络构成时,优选在所述的交联网络结构中同时含有所述的普通共价交联和有机硼酸酯键。当杂化交联动态聚合物由两个或多个交联网络构成时,其可以由两个或多个相互共混的交联网络构成,也可以由两个或多个相互穿插的交联网络构成,也可以由两个或多个部分相互穿插的交联网络构成,也可以由以上三种交联网络进行组合构成,但本发明不仅限于此。其中,两个或多个交联网络可以相同,也可以不同,交联网络可以仅由普通共价键来构成普通共价交联,也可以仅由有机硼酸酯键来构成动态共价交联网络,也可以仅由超分子氢键来构成超分子交联网络,也可以是以上各种的合适组合,但本发明必须至少有一个网络中的普通共价交联在达到其凝胶点以上。
对本发明的杂化交联动态聚合物而言,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上,可以保证即使在只有一个交联网络的情况下,即使所有的有机硼酸酯键和可选的超分子氢键均解离时,聚合物也可以保持平衡结构,也即在通常状态下可以为(至少部分为)不溶解不熔融的固体。当存在两个或多个交联网络时,不同交联网络之间可以有相互作用(包括所述的动态有机硼酸酯键和/或超分子氢键作用),也可以相互独立;而且除至少一个交联网络的普通共价交联必须达到普通共价交联的凝胶点以上外,其他交联(包括普通共价交联、动态共价交联、超分子氢键交联及其之和)可以在凝胶点以上,也可以在凝胶点以下,优选在凝胶点以上。当有机硼酸酯键交联达到凝胶点以上时,在作为应力/应变响应性材料使用时,更加能够体现出其动态性的优势,例如产生剪切增稠等特性。
在本发明的实施方式中,杂化交联动态聚合物的交联网络结构中可以共混和/或穿插有其他一种或多种非交联型的聚合物,这些聚合物链可以为线型、环状、支化以及凝胶点以下的二维、三维团簇等结构。
根据本发明的一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中同时含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度达到凝胶点以上。对于该实施方式,其仅含有一个交联网络,普通共价交联用于提供平衡结构,动态共价交联可以在其凝胶点以上或以下,用于对交联网络提供普通共价交联之外的额外交联,并用于提供动态性,有效地实现增韧和胀流性;而且在制备上较为方便。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络仅含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上。在该实施方式中,动态交联网络可以独立于普通共价交联网络存在,两个网络在原料组成上可以相互独立,制备上有特殊的优势。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络同时含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上。在该实施方式中,通过控制两个普通共价交联网络的结构,可以达到合理调控动态聚合物平衡结构和力学性能的目的。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,并且其中分散着含有有机硼酸酯键的非交联动态聚合物。在该实施方式中,非交联结构的动态聚合物分散在普通共价交联网络中,在受到外力作用并产生胀流性时,能够仅产生粘性增加,起到良好的粘性损耗而吸能。其中,在普通共价交联网络中或非交联动态聚合物中还可以含有超分子氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,并且其中分散着以有机硼酸酯键交联的具有凝胶点以上交联结构的动态聚合物颗粒。在该实施方式中,交联结构的动态聚合物颗粒分散在普通共价交联网络中,在受到外力作用并产生胀流性时,能够产生粘性和弹性增加,起到良好的粘性损耗吸能和能量分散。其中,在普通共价交联网络中或动态聚合物颗粒中还可以含有超分子氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中同时含有由有机硼酸酯键形成动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度达到凝胶点以上,同时,在交联网络中还含有超分子氢键作用。在该实施方式中,通过在单一交联网络结构中引入超分子氢键,使得其可以作为动态共价键的一个补充,使得聚合物可体现出具有层次性的动态可逆效果,同时在制备上也比较方便。
根据本发明的另一个优选实施方式,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上,同时在至少一个交联网络中还含有超分子氢键作用。在该实施方式中,动态交联网络和普通共价交联网络不仅独立存在,并且引入的超分子氢键也能使得聚合物的动态性调控能力更强,协同效果更好。
此外,本发明还可以有其他多种多样的杂化网络结构实施方式,一个实施方式中可以包含多个相同或不相同的交联网络,同一个交联网络中可以含有不同的普通共价交联和/或不同的有机硼酸酯键交联,同时还可选地含有相同或不同的超分子氢键作用,其中超分子氢键作用可以与普通共价交联和/或动态共价交联在同一个交联网络中或者在各自独立的交联网络中或者部分与共价交联网络相互作用,也可以以非交联聚合物的形式分散于交联网络中。任何一个网络的任何一种交联的交联度也可以合理地进行控制,以达到调控平衡结构和动态性能的目的。本领域的技术人员可以根据本发明的逻辑和脉络,合理有效地实现。
本发明还提供一种吸能方法,其特征在于,提供一种杂化交联动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的杂化交联动态聚合物,其含有有机硼酸酯键以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。
在本发明的实施方式中,杂化交联动态聚合物中所含有的有机硼酸酯键,其可以存在于动态聚合物交联网络链骨架上,也可以存在于交联网络链骨架的侧链/支链/分叉链骨架上,也可以存在于非交联型聚合物主链骨架、侧链/支链/分叉链骨架上;其中,只有存在于交联网络链骨架上的有机硼酸酯键才能构成动态共价交联。所述的有机硼酸酯键在通常情况下,可以进行可逆断裂和再生成;在合适的条件下,杂化交联动态聚合物中任何位置的有机硼酸酯键都可以参与动态可逆交换。在杂化交联动态聚合物的交联网络结构中,构成动态共价交联的有机硼酸酯键以及可选的超分子氢键交联一旦解离,聚合物体系的总有效交联度将降低。
在本发明的实施方式中,所述的可选的超分子氢键作用,其可以由存在于杂化交联动态聚合物结构中任一处或多处的氢键基团之间形成氢键构成;其中,所述的氢键基团,其可以存在于动态聚合物交联网络链骨架上,也可以存在于交联网络链骨架的侧链/支链/分叉链骨架上,也可以存在于交联聚合物的侧基、端基上,也可以存在于非交联型聚合物主链骨架、侧链/支链/分叉链骨架上、侧基、端基上,也可以存在于小分子化合物或者填料中。
其中,所述的“交联网络链骨架”,指的是构成交联网络骨架的任意链段。其中,所述的“侧基”,指的是在交联聚合物结构中以及在非交联聚合物结构中同聚合物链骨架相连接而分布在链骨架旁侧的分子量不高于1000Da的化学基团和分子量不高于1000Da的短侧链。其中,所述的“侧链”,指的是在交联聚合物结构中同交联网络链骨架相连接以及在非交联聚合物结构中同聚合物主链骨架相连接而分布在链骨架旁侧的分子量超过1000Da的链结构;其中,所述的支链、分叉链指的是从聚合物主链骨架或交联网络链骨架或其他任意链分叉出来的分子量超过1000Da的链结构;为简单起见,本发明中的侧链、支链、分叉链统一称为侧链。对于侧链和侧基,其可具有多级结构,也即侧链可以继续带有侧基和侧链,侧链的侧链可以继续有侧基和侧链。其中,所述的“端基”,指的是在交联聚合物结构中以及非交联聚合物结构中同聚合物链骨架相连接而位于链骨架末端的化学基团;本发明中,特定情况下侧基也可以有端基。对于非交联聚合物,聚合物链骨架包括聚合物主链骨架和聚合物侧链、支链、分叉链等链骨架。对于超支化和树枝状链及其相关的链结构,其中的聚合物链均视为主链。对于交联聚合物,聚合物链骨架包括交联网络链骨架及其侧链、支链、分叉链等链骨架。
杂化交联动态聚合物中所含有的普通共价交联,其为任意合适的通过普通共价键所建立的共价交联链接,包括但不仅限于通过碳-碳键形成的共价交联,通过碳-硫键形成的共价交联,通过碳-氧键形成的共价交联,通过碳-氮键形成的共价交联,通过硅-碳键形成的共价交联,通过硅-氧键形成的共价交联。在动态聚合物任一个交联网络结构中的普通共价交联可以有至少一种化学结构,以及至少一种反应类型和反应手段。
本发明的实施方式中,所述的普通共价交联可以通过任意合适的基团之间的共价反应进行,举例如:通过羧基、酰卤基团、酸酐基团、酯基、酰胺基、异氰酸酯基团、环氧基团与羟基之间的共价反应进行交联;通过羧基、酰卤基团、酸酐基团、酯基、酰胺基、异氰酸酯基团、环氧基团与氨基之间的共价反应进行交联;通过烯烃自由基反应、丙烯酸酯自由基反应进行交联;通过叠氮基团和炔基的CuAAC点击反应,巯基和烯烃的点击反应进行共价交联;通过硅羟基之间的缩合反应进行共价交联。
在本发明中所述的有机硼酸酯键,其选自如下结构中的一种:
其中,所述结构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;表示任意元数的芳香族环,优选为六元环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于有机硼酸酯键中的五元环或六元环中;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;表示与氢原子、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,硼原子和碳原子分别通过至少一个所述连接接入聚合物链形成所述的动态聚合物;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。
在本发明中所述的有机硼酸酯键,其可由有机硼酸基元与二醇基元反应生成。
在本发明中所述的有机硼酸基元,其优选自有机硼酸基、有机硼酸酯基、有机硼酸盐基、有机硼卤烷基;
其中,所述的有机硼酸基,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;
其中,所述的有机硼酸酯基,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),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;
其中,所述的有机硼酸盐基,指的是由硼原子、与该硼原子相连的两个氧负离子和与此两个氧负离子相作用的一价或二价阳离子所组成的结构基元(其中M1 +、M2 +为一价阳离子,优选为Na+、K+、NH4 +,M3 2+为二价阳离子,优选为Mg2+、Ca2+、Zn2+、Ba2 +),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;
其中,所述的有机硼卤烷基,指的是由硼原子以及与该硼原子相连的两个卤素原子所组成的结构基元(其中,X1、X2为卤素原子,优选为氯原子和溴原子),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。
此外,本发明中所述的有机硼酸基元,其还可选自以下结构:
其中D1、D2不同,且各自独立地选自羟基(-OH)、酯基(-OK1)、盐基(-O-M1 +)、卤素原子(-X1),其中,K1、M1 +、X1的定义与之前所述相一致,这里不再赘述。
在本发明中所述的二醇基元,其优选自1,2-二醇基元、邻二酚基元、1,3-二醇基元、2-羟甲基酚基元中的一种;
其中,所述的1,2-二醇基元,其为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;
其中,所述的邻二酚基元,其为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,其为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;
其中,所述的2-羟甲基酚基元,其为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有机硼酸基、有机硼酸酯基、有机硼酸盐基、有机硼卤烷基、1,2-二醇基元、邻二酚基元、1,3-二醇基元、2-羟甲基酚基元或者它们的组合等。其中,一个有机硼原子构成的基元(如一个有机硼酸基、一个有机硼酸酯基、一个有机硼酸盐基、一个有机硼卤烷基)、一个1,2-二醇基元、一个邻二酚基元、一个1,3-二醇基元、一个2-羟甲基酚基元即为一个官能团。
在本发明中所述的可选的超分子氢键作用,其为任意合适的通过氢键所建立的超分子作用,其一般是通过与电负性大的原子Z共价相连的氢原子与电负性大、半径小的原子Y在Z与Y之间以氢为媒介,生成Z-H…Y形式的氢键链接,其中,所述的Z、Y为任意合适的电负性大而半径小的原子,其可为同种元素也可以为不同种元素,其可选自F、N、O、C、S、Cl、P、Br、I等原子,更优选为F、N、O原子,更优选为O、N原子。其中,所述的超分子氢键作用可以作为超分子聚合和/或交联和/或链内成环作用存在,也即氢键可以仅起到连接两个或两个以上链段单元起到增大聚合物链尺寸但未起到超分子交联作用,或氢键仅起到链间超分子交联,或仅起到链内成环作用,或是以上三种中任意两种或两种以上的组合。
在本发明的实施方式中,所述的氢键可以是任意齿数。其中,所述的齿数指的是由氢键基团的供体(H,也就是氢原子)和受体(Y,也就是接受氢原子的电负性原子)所形成的氢键数量,每个H…Y组合为一齿。在下式中,分别示意说明一齿、二齿和三齿氢键基团的氢键成键情况。
一齿、二齿和三齿氢键的成键情况可具体举例如下:
氢键的齿数越多,协同效应越大,氢键的强度就越大。在本发明的实施方式中,对氢键的齿数没有限定。如果氢键的齿数多,则强度大,那么氢键作用的动态性就弱,有利于为普通共价交联提供辅助,起到促进动态聚合物保持平衡结构和提高力学性能(模量和强度)的作用。如果氢键的齿数少,则强度低,氢键作用的动态性就强,可以与动态有机硼酸酯键一起提供动态性能。在本发明的实施方式中,优选不超过四齿的氢键作用。
本发明的实施方式中,所述的超分子氢键作用可以通过任意合适的氢键基团之间存在的非共价相互作用产生。其中,所述的氢键基团可以仅含有氢键供体,或仅含有氢键受体,或同时含有氢键供体和受体,优选同时含有氢键供体和受体。其中,所述的氢键基团优选含有以下结构成分:
更优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子(包括氢原子)的连接。在本发明的实施方式中,氢键基团可选自酰胺基、氨基甲酸酯基、脲基、硫代氨基甲酸酯基以及以上基团的衍生物等。
在本发明中,所述的氢键基团可以仅存在于聚合物链骨架(包括主链和侧链/支链/分叉链骨架)上,称为骨架氢键基团,其中至少部分原子是链骨架的组成部分;也可以仅存在于聚合物链骨架(包括主链和侧链/支链/分叉链骨架)的侧基上,称为侧基氢键基团,其中,侧基氢键基团也可存在于侧基的多级结构上;也可以仅存在于聚合物链骨架/小分子的端基上,称为端基氢键基团;也可以同时存在于聚合物链骨架、侧基、端基中的至少两处上。当同时存在于聚合物链骨架、侧基、端基中的至少两处上时,在特定情况下,不同位置的氢键基团之间可以形成氢键,例如骨架氢键基团可以和侧基氢键基团之间形成氢键。
其中,合适的骨架氢键基团举例如(但本发明不仅限于此):
其中,合适的侧基氢键基团/端基氢键基团除可以具有上述骨架氢键基团结构外,更具体的举例如(但本发明不仅限于此):
其中,m、n为重复单元的数量,可以是固定值,也可以是平均值,优选小于20,更优选小于5。
在本发明中,同一种杂化交联动态聚合物中可以含有一种或一种以上的氢键基团,同一个交联网络中也可以含有一种或一种以上的氢键基团,也即杂化交联动态聚合物中可以含有一种氢键基团或多种氢键基团的组合。所述的氢键基团,可以通过任意合适的化学反应形成,例如:通过羧基、酰卤基团、酸酐基团、酯基、酰胺基、异氰酸酯基团与氨基之间的共价反应形成;通过异氰酸酯基团与羟基、巯基、羧基之间的共价反应形成;通过琥珀酰亚胺酯基团与氨基、羟基、巯基之间的共价反应形成。
在本发明中,交联网络中的超分子氢键作用可以具有任意合适的交联度,可以在其凝胶点以上,也可以在其凝胶点以下。所述超分子氢键作用可以是在杂化交联动态聚合物进行普通共价交联和动态共价交联的过程中生成;也可以是预先生成超分子氢键作用后再进行普通共价交联和动态共价交联;也可以在普通共价交联和动态共价交联形成后,在杂化交联动态聚合物后续成型过程中产生超分子氢键作用,但本发明不仅限于此。
在本发明中,由于杂化交联动态聚合物结构中同时含有普通共价交联、有机硼酸酯键以及可选的超分子氢键作用,可以使得动态聚合物的强度、动态性和响应性等大范围可调;同时,还可以方便地通过调控引入的有机硼酸酯键和可选氢键的数量及其与聚合物链的链接结构,从而获得动态性和玻璃化转变温度均可控的动态聚合物。有机硼酸酯键和超分子氢键在外力作用下均能以“可牺牲键”的形式进行断裂,一方面可以耗散大量的能量,在特定的结构中可以为交联聚合物提供优异的拉伸韧性和抗撕裂性,另一方面可以获得超级拉伸伸展率;由于有机硼酸酯键的强度通常比氢键更高,受到外力破坏时,有机硼酸酯键和氢键可以发生次序性的变化,氢键一般先发生解离,从而产生对力的逐级耗散,有利于提高材料对外力的耐受性,而体系中的普通共价交联又为动态聚合物提供了一个强而稳定的网络结构。
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所述的动态聚合物:
含有有机硼酸基元的有机硼化合物(I);含有二醇基元的多元醇化合物(II);同时含有有机硼酸基元以及二醇基元的化合物(III);含有有机硼酸酯键和其他反应性基团的化合物(IV);不含有有机硼酸基元、二醇基元以及有机硼酸酯键但含有其他反应性基团的化合物(V);其中,有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II)和化合物(V)不单独作为原料制备动态聚合物材料。
所述的有机硼化合物(I)、多元醇化合物(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。
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和/或物理作用生成普通共价键和/或可选的超分子氢键的基团,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、氢键基团等;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、氢键基团。
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,一是进行衍生化反应制备氢键基团,二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和/或可选的超分子氢键,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。
需要说明的是,为了保证所形成的杂化交联动态聚合物中含有普通共价交联,优选在有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II)、化合物(III)中还含有能够在聚合/交联过程中形成普通共价键进而构成普通共价交联的其他反应性基团;所述的其他反应性基团,其能够与有机硼酸基元、二醇基元一同构成同时含有有机硼酸酯键和普通共价交联的交联网络。此外,对于在有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II)、化合物(III)中不含有其他反应性基团的情况,则往往需要引入含有其他反应性基团的化合物(V),形成动态共价交联和普通共价交联相对独立的多网络结构,或者形成含有有机硼酸酯键的非交联聚合物分散于普通共价交联网络中的混杂结构,或者形成可存在的其他合理结构。
在本发明中所述的有机硼化合物(I),其可以如下结构表示:
其中,A为有机硼酸基元;m为A的个数,m≥1;J为单个A上的取代基团,或者为两个或多个A之间的连接基团,其中,优选在J中还含有至少一个其他反应性基团;p为基团J的个数,p≥1。
所述的有机硼酸基元A,其可选自以下任一种或任几种结构:
其中,K1、K2为与氧原子直接相连的一价有机基团或一价有机硅基团,其通过碳原子或硅原子与氧原子直接相连,其选自以下任一种结构:分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量不超过1000Da的小分子硅烷基、分子量大于1000Da的聚合物链残基;K3为与两个氧原子直接相连的二价有机基团或二价有机硅基团,其通过碳原子或硅原子与氧原子直接相连,其选自以下任一种结构:分子量不超过1000Da的二价小分子烃基、分子量不超过1000Da的二价小分子硅烷基、分子量大于1000Da的二价聚合物链残基;M1 +、M2 +为一价阳离子,优选为Na+、K+、NH4 +;M3 2+为二价阳离子,优选为Mg2+、Ca2+、Zn2+、Ba2+;X1、X2为卤素原子,优选为氯原子和溴原子;D1、D2为与硼原子相连的基团,D1、D2不相同且各自独立地选自羟基(-OH)、酯基(-OK1)、盐基(-O-M1 +)、卤素原子(-X1),其中,K1、M1 +、X1的定义与之前所述相一致,这里不再赘述;表示与基团J的连接;所述各种结构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。
当m=1时,p=1,J为单个A上的取代基团;所述的J结构可选自以下任一种: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m>1时,A可选自同一种结构或多种不同结构,此时p≥1,J为两个或多个A之间的连接基团;当p≥2时,J可选自同一种结构或多种不同结构;所述的J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。
特别地,当有机硼酸基元A与氨甲基苯基团相连时,则形成氨甲基苯硼酸基元,其具有如下结构:
其中,两种优选结构为:
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。
由于氨甲基苯硼酸基元在与二醇基元进行反应时具有较高的反应活性,形成的氨甲基苯硼酸酯键具有较强的动态可逆性,由此制得的杂化交联动态聚合物能够表现出灵敏的应力响应性和显著的吸能效果,作为吸能材料将体现出更大的优势。
在本发明中所述的多元醇化合物(II),其可以如下结构表示:
其中,G为含有二醇基元的模块;n为G的个数,n≥1;L为单个G上的取代基团,或者为两个或多个G之间的连接基团,其中,优选在L中还含有至少一个其他反应性基团;q为基团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(II)中含有的G可以相同,也可以不同;其选自以下任一种结构:含有二醇基元的线型结构、含有二醇基元的环状结构。
所述的含有二醇基元的线型结构,其可选自类B结构中的任一种或任几种及其异构形式,或者选自类C结构中的任一种或任几种及其异构形式:
类B:
类C:
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;R4~R8为与1,3-二醇基元相连的一价基团;其中,L与R4~R8连接在1,3-二醇基元的三个碳原子上。
其中,R1~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~B4、C1~C6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。
所述的含有二醇基元的环状结构,其可选自以下四类中的任一种:
第一类:由乙二醇分子中的两个碳原子间通过同一个基团相连构成环状结构;其中,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,环状结构可选自以下任一种:脂肪族环、醚环、缩合环及其组合;其中,环状结构中均含有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;合适的环状结构举例如:
第二类:由邻二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;其中,环状结构为6~200元环,优选6~10元环,更优选6元环,环状结构的数量为1个、2个或更多个,环状结构选自芳香族环,或其与脂肪族环、醚环、缩合环的组合;其中,环状结构中均含有邻二酚基元;其中,L连接在邻二酚基元环状结构的成环原子上;合适的环状结构举例如:
第三类:由1,3-丙二醇分子中的两个碳原子间通过同一个基团相连构成环状结构;其中,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,环状结构可选自以下任一种:脂肪族环、醚环、缩合环及其组合;其中,环状结构中均含有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或者1,3-二醇基元的碳原子上;合适的环状结构举例如:
第四类: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;其中,环状结构为6~200元环,优选6~10元环,更优选6元环,环状结构的数量为1个、2个或更多个,环状结构选自芳香族环,或其与脂肪族环、醚环、缩合环的组合;其中,环状结构中均含有2-羟甲基酚基元;其中,L连接在2-羟甲基酚基元环状结构的成环原子上或者2-羟甲基酚基元的甲基碳原子上;合适的环状结构举例如:
当n=1时,q≥1,L为单个G上的取代基团;当q≥2时,L可选自同一种结构或多种不同结构;所述的L结构可选自以下任一种或任几种: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、分子量不超过1000Da的无机小分子链残基、分子量大于1000Da的无机大分子链残基。
当n>1时,G可选自同一种结构或多种不同结构,此时q≥1,L为两个或多个G之间的连接基团;当q≥2时,L可选自同一种结构或多种不同结构;所述的L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、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,G通过上述L的连接构成多元醇化合物(II)。此时,形成的合适的多元醇化合物(II)可以举例如下(但本发明不仅限于此):
,其中,x、y、z、g各自独立地为一个固定值或平均值。
特别地,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(II),举例如下:
上述多元醇化合物(II)的典型结构仅为更好地说明多元醇化合物(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有机硼酸基元以及二醇基元的化合物(III),其可以如下结构表示:
其中,A为有机硼酸基元,其具体定义可参考有机硼化合物(I)中A的定义,这里不再赘述;x为A的个数,x≥1;当x≥2时,A可选自同一种结构或多种不同结构;G为含有二醇基元的模块,其具体定义可参考多元醇化合物(II)中模块G的定义,这里不再赘述;y为G的个数,y≥1;当y≥2时,模块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,其具体定义可参考有机硼化合物(I)中基团J的定义,这里不再赘述,其中,优选在T中还含有至少一个其他反应性基团;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有机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为含有有机硼酸酯键的模块;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与有机硼酸酯键的硼原子相连,至少一个基团Y与有机硼酸酯键的碳原子相连;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。
所述的含有有机硼酸酯键的模块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。
在本发明中,所述的含有有机硼酸酯键的模块E,可以通过本发明中所提到的任一种或任几种有机硼酸基元A和任一种或任几种含有二醇基元的模块G通过二醇基元与有机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;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;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。
对于含有有机硼酸酯键和其他反应性基团的化合物(IV),其一般为含有有机硼酸酯键的单体、含有有机硼酸酯键的低聚物、含有有机硼酸酯键的预聚物。化合物(IV)可通过任意合适的方法制备,包括通过合适的有机硼化合物(I)和多元醇化合物(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,任意合适的不含有有机硼酸基元、二醇基元以及有机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)。
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。在本发明中所述的“动态共价键”,指的是在适宜条件下能够进行可逆断裂和形成的一类特殊共价键,在本发明中特指有机硼酸酯键。
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的小分子硅烷基,其可以是任意合适的分子主链主要由硅原子和氮、氧、硫、磷等杂原子构成的小分子硅烷基,概括地讲,所述的小分子硅烷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:硅碳烷链残基、硅氧烷链残基、硅硫烷链残基、硅氮烷链残基;优选硅碳烷链残基、硅氧烷链残基。
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及其组合: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、硅酸盐、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、经过表面改性的硅酸盐、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、小分子硅烷链残基、无机小分子链残基、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、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、小分子硅烷链残基、无机小分子链残基、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,其可选自硼硼单键、碳碳单键、碳氮单键、氮氮单键、硼碳单键、硼氮单键、硼硅单键、硅硅单键、硅碳单键、硅氮单键。
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,B1~B4表示的即是B1、B2、B3、B4。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有机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,B2的位置异构结构可为:
再例如,当R4~R8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,B1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,当二醇基元中的两个碳原子均为手性碳原子时,B1的立体异构结构可为:
再例如,当二醇基元中的三个碳原子均为手性碳原子时,C1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“聚合物包括所述的动态有机硼酸酯键和/或超分子氢键作用”中的“和/或”,其含义即是聚合物仅包括所述的动态有机硼酸酯键,或者聚合物仅包括所述的超分子氢键作用,或者聚合物同时包括所述的动态有机硼酸酯键和超分子氢键作用。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。
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。
本发明的杂化交联动态聚合物中,可以凭借所含有的普通共价交联、动态共价有机硼酸酯键、可选的超分子氢键达到协同又正交的性能效果,使得材料的结构和性能更具可调性。动态聚合物中动态共价有机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,本发明充分利用了动态共价有机硼酸酯键兼具有的良好的热稳定性和高动态可逆性,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和动态可逆性,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。
在制备杂化动态聚合物的过程中,作为原料的有机硼化合物(I)、化合物(III)中的有机硼酸基元,其可以有机硼酸、有机硼酸酯、有机硼酸盐、有机卤硼烷的形式存在。有机硼化合物(I)中的有机硼酸基元以有机硼酸酯、有机硼酸盐、有机卤硼烷的形式存在时,其在与多元醇化合物(II)、化合物(III)进行反应的过程中,可以先通过水解形成有机硼酸,再与多元醇化合物(II)、化合物(III)中的二醇基元反应形成新的有机硼酸酯键;有机硼化合物(I)中的有机硼酸基元以有机硼酸酯的形式存在时,也可以直接通过酯交换反应与多元醇化合物(II)、化合物(III)中的二醇基元反应形成新的有机硼酸酯键。
对于同时含有有机硼酸基元以及二醇基元的化合物(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)中含有的有机硼酸基元进行反应形成有机硼酸酯键,从而得到动态聚合物。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有机硼化合物(I)和/或一种或者多种多元醇化合物(II)。当原料选自化合物(III)时,为保证原料的稳定性,化合物(III)中的有机硼酸基元优先选择以有机硼酸酯的形式存在。考虑到化合物(III)制备以及保存过程相对较为繁杂,因此用于制备动态聚合物的原料组分优先在有机硼化合物(I)和多元醇化合物(II)中进行搭配选择。
在本发明的实施方式中,对于有机硼化合物(I)、多元醇化合物(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有机硼酸基元与二醇基元进行反应外,还可同时利用其所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/交联反应进行普通共价交联,共同反应构成动态聚合物的杂化交联网络;也可以将有机硼化合物(I)、多元醇化合物(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)进行共混,然后通过其他成分的普通共价交联形成动态聚合物的杂化交联网络;也可以先形成普通共价交联,再形成动态共价有机硼酸酯键。
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/或由有机硼化合物(I)、多元醇化合物(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,从而得到含有有机硼酸酯键的杂化交联动态聚合物。也可以直接由化合物(IV)本身含有的其他反应性基团反应获得普通共价交联。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,从而与有机硼酸酯键一同形成杂化交联动态聚合物: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,氢键基团可以在任意合适的成分中和在任意合适的时机下引入,包括但不仅限于从单体中引入,在形成预聚物的同时引入,在形成预聚物之后引入,在形成普通共价交联的同时引入,在形成普通共价交联之后引入。优选在形成预聚物和普通共价交联的同时引入。为避免氢键基团引入后形成氢键交联影响混合、溶解等操作,也可以对氢键基团进行封闭保护,待合适时间(如形成普通共价交联的同时或之后)再进行解保护。
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。
在上述聚合工艺中所提到的熔融聚合,其通常的实施方法是将化合物原料处于熔融状态下,利用引发剂或光、热、辐照、催化等条件进行聚合,得到熔融状态的动态聚合物;所提到的溶液聚合,其通常的实施方法是将化合物原料、引发剂溶于适当溶剂中进行聚合得到动态聚合物;所提到的界面聚合,其通常的实施方法是将化合物原料溶解在两种互不相溶的溶剂中,在溶液的界面上(或界面有机相一侧)进行聚合得到动态聚合物;所提到的本体聚合,其通常的实施方法是将化合物原料在少量引发剂或光、热、辐照、催化等条件下进行聚合得到动态聚合物;所提到的悬浮聚合,其通常的实施方法是将溶解有引发剂的化合物原料搅拌成小液滴,悬浮在水介质中进行聚合得到动态聚合物;所提到的乳液聚合,其通常的实施方法是将化合物原料借助乳化剂的作用分散在溶解有引发剂的水介质中,形成乳液后再进行聚合得到动态聚合物;所提到的淤浆聚合,其通常的实施方法是将化合物原料溶于适当溶剂中,引发剂则以分散体的形式存在于溶剂中进行聚合,得到的动态聚合物以沉淀的形式析出;所提到的气相聚合,其通常的实施方法是将化合物原料在气相状态下,利用引发剂或光、热、辐照、催化等条件进行聚合得到动态聚合物。
在本发明的实施方式中所提到的合适的交联方法,其可以通过本领域所通用的任一种合适的交联反应来进行。
在具体实施过程中,化合物原料可利用热引发交联、光引发交联、辐射引发交联、等离子体引发交联、微波引发交联等物理交联手段得到动态聚合物;化合物原料也可利用过氧化物交联、亲核试剂取代交联等化学交联手段得到动态聚合物。其中,交联过程可以以本体、溶液、乳液等形式进行。
在制备工艺中,优选采用溶液聚合/交联工艺、乳液聚合/交联工艺来制备动态聚合物。所述的溶液聚合/交联工艺、乳液聚合/交联工艺,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。
当将反应物原料在溶解或熔融状态下进行混合时,反应物中的有机硼酸基元与二醇基元能够在加热、辐射、光照等条件下进行动态共价交联,或者在引发剂、催化剂等添加剂的作用下进行动态共价交联生成有机硼酸酯键;反应物中能够进行共价交联的其他反应性基团,也能够在加热、辐射、光照等条件下进行普通共价交联,或者在引发剂、交联剂、固化剂等添加剂的作用下进行普通共价交联生成普通共价键。
在动态聚合物的制备过程中,对于仅含有一个交联网络(此交联网络同时含有动态共价交联和普通共价交联)的动态聚合物,其可利用至少一种有机硼化合物(I)和至少一种多元醇化合物(II)参与反应生成有机硼酸酯键和普通共价键进行杂化交联得到;或者利用至少一种化合物(III),或者其与至少一种有机硼化合物(I)和/或至少一种多元醇化合物(II)参与反应生成有机硼酸酯键和普通共价键进行杂化交联得到;或者利用至少一种化合物(IV),或者其与至少一种化合物(V)参与反应生成普通共价键进行杂化交联得到;其中,至少一种有机硼化合物(I)或至少一种多元醇化合物(II)或至少一种化合物(III)含有一个或一个以上其他反应性基团。
对于含有两个交联网络(其中一个交联网络仅含有普通共价交联,另一个交联网络仅含有动态共价交联)的动态聚合物,其网络结构中仅含有普通共价交联的交联网络,可利用至少一种化合物(V)参与反应生成普通共价键进行交联得到,或者利用至少一种已有的普通共价交联聚合物作为原料进行制备;其网络结构中仅含有动态共价交联的交联网络,可利用至少一种有机硼化合物(I)和至少一种多元醇化合物(II)参与反应生成有机硼酸酯键进行动态共价交联得到,或者利用至少一种化合物(III),或者其与至少一种有机硼化合物(I)和/或至少一种多元醇化合物(II)参与反应生成有机硼酸酯键进行动态共价交联得到。
同理,对于具有其他杂化交联网络结构的动态聚合物,其网络结构中仅含有普通共价交联的交联网络,仅含有有动态共价交联的交联网络,同时含有普通共价交联和动态共价交联的交联网络,均可根据上述思路,利用相应的化合物原料进行分别制备。
在动态聚合物的制备过程中,作为原料的化合物相互参与反应之后,原料组分之间能够以有机硼酸酯键和/或普通共价键,以及可选的超分子氢键作为链接点进行聚合/交联,得到具有更高分子量的动态聚合物。其中,并不要求原料组分中所有的官能团和其他反应性基团都完全相互反应形成普通共价键和动态共价键,只要形成的普通共价键和动态共价键足以维持动态聚合物的杂化交联网络结构即可。
对于同时需要进行动态共价交联以及普通共价交联的体系,进行交联的先后顺序并不做特别限定,可以先进行动态共价交联后再进行普通共价交联,也可以先进行普通共价交联后再进行动态共价交联,也可以控制条件使得动态共价交联和普通共价交联同时进行。
对于含有两个或两个以上交联网络的动态聚合物,可采用分步法、同步法进行制备。
例如,对于含有双网络结构的动态聚合物,当采用分步法进行制备时,可以先利用单体或预聚物、催化剂、引发剂、交联剂制备好第一网络,再将制备好的第二网络加入进行共混得到相互共混的交联网络,其中,第二网络可借助溶剂进行溶胀后与第一网络进行共混;也可以先制备好第一网络,再将已经交联的第一网络置入含有催化剂、引发剂、交联剂等的第二网络单体或预聚物熔体或溶液中,使其溶胀,然后使第二网络单体或预聚物就地聚合并交联形成第二网络,得到(部分)相互穿插的交联网络,其中,第一网络的交联度优选为凝胶点以上的轻度交联,以便于第二网络的互穿效果;以此类推,对于含有多网络结构的动态聚合物,可采用类似的分步法得到多个相互共混或相互穿插的交联网络。
例如,对于含有双网络结构的动态聚合物,当采用同步法进行制备时,可以将两种制备好的交联网络置于同一反应器中进行共混得到相互共混的交联网络,其中,可借助溶剂对交联网络进行溶胀后再进行共混;也可以将两种或多种单体或预聚物混合后在同一反应器中按各自聚合和交联历程进行反应,得到(部分)相互穿插的交联网络。
在本发明的实施方式中,所述杂化交联动态聚合物的形态选自普通固体、弹性体、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,普通固体和泡沫材料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、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。有机凝胶、齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、离子液体溶胀凝胶则具有良好的柔软性,能够体现出较好的吸能特性和回弹性,适用于制备具有阻尼效果的吸能材料;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。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/吸能的能力。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和吸能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,杂化交联动态聚合物凝胶可以通过在溶胀剂(包括有机溶剂、齐聚物、增塑剂、离子液体中之一或其组合)中进行普通共价交联获得,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。
由于存在普通共价交联,制备泡沫材料可行性高。泡沫化一方面有利于降低材料的表观密度,另一方面特别有利于在缓冲、阻尼、抗冲击等方面进行应用,因为除了泡沫本身的形变可以产生缓冲、阻尼、抗冲击等效果外,本发明的杂化交联动态聚合物中的有机硼酸酯键和可选的氢键作用也能够在应力作用下产生智能的能量吸收和分散效果。在杂化交联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。
在杂化交联动态聚合物的制备过程中,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。
在杂化交联动态聚合物的制备过程中,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。
用于制备动态聚合物的原料组分,除之前所述的有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II),化合物(III)、化合物(IV)、化合物(V)之外,还包括可添加的其他聚合物、可添加的助剂、可添加的填料,这些可添加物通过共混的形式与有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II)、化合物(III)、化合物(IV)、化合物(V)交联反应产物共同组成杂化交联动态聚合物。
所述的可添加的其他聚合物,其能够与含有有机硼酸酯键的聚合物共同构成交联体系组成杂化交联动态聚合物,或者作为添加物在体系中起到改进材料性能、赋予材料新性能、提高材料使用与经济效益、达到材料综合利用的作用。可添加的其他聚合物,其可选自天然高分子化合物、合成树脂、合成橡胶、合成纤维。本发明对所添加的聚合物的性状以及所具有的分子量不做限定,根据分子量的不同,可以为低聚物,或者高聚物,根据聚合形态的不同,可以为均聚物,或者共聚物,在具体使用过程中应根据目标材料的性能以及实际制备过程的需要而进行选择。
当可添加的其他聚合物需要与含有有机硼酸酯键的聚合物共同构成杂化交联动态聚合物时,其可选自带有普通共价交联的交联聚合物。所述的带有普通共价交联的交联聚合物,其可选自以下任一种或任几种交联聚合物:交联聚氯乙烯、交联聚偏氯乙烯、交联氯化聚乙烯、交联氯化聚氯乙烯、交联乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、交联丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、交联丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、交联聚乙烯、交联聚酰胺、交联聚丙烯酸、交联聚丙烯酰胺、交联聚丙烯腈、交联聚丙烯酸酯、交联聚丙烯酸甲酯、交联聚甲基丙烯腈、交联聚甲基丙烯酸甲酯、交联聚苯并咪唑、交联聚醋酸乙烯酯、交联聚对苯二甲酸乙二醇酯、交联聚对苯二甲酸丁二醇酯、交联聚碳酸酯、交联聚醚、交联聚酯、交联酚醛树脂、交联脲醛树脂、交联醇酸树脂、交联三聚氰胺-甲醛树脂、交联四氟乙烯-全氟丙烷共聚物、交联聚酰亚胺、交联聚苯醚、交联聚丙烯、交联聚苯硫醚、交联聚苯砜、交联聚苯乙烯、交联聚砜、交联聚醚砜、交联聚芳砜、交联聚氟乙烯、交联聚四氟乙烯、交联聚三氟氯乙烯、交联聚氨酯、交联聚脲、交联氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、交联聚乙烯吡咯烷酮、交联不饱和聚酯、交联生物聚酯、交联聚醚醚酮、交联聚异戊二烯、交联顺丁二烯、交联聚苯乙烯-丁二烯共聚物、交联丁二烯-丙烯腈共聚物、交联聚氯丁二烯、交联异丁烯-异戊二烯共聚物、交联乙烯-丙烯共聚物、交联硅橡胶、交联氟橡胶、交联液晶聚合物等。
当可添加的其他聚合物作为添加物在体系中起到改进材料性能、赋予材料新性能、提高材料使用与经济效益、达到材料综合利用的作用时,其可选自天然高分子化合物、合成树脂、合成橡胶、合成纤维。
当可添加的其他聚合物选自天然高分子化合物时,其可选自以下任一种或任几种天然高分子化合物:皮毛、天然橡胶、棉花、麻、石棉、蚕丝、生漆等。
当可添加的其他聚合物选自合成树脂时,其可选自以下任一种或任几种合成树脂:聚三氟氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚酯、聚醚砜、聚芳砜、聚醚醚酮、四氟乙烯-全氟丙烷共聚物、聚酰亚胺、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯腈、聚苯醚、聚丙烯、聚苯硫醚、聚苯砜、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚脲、聚乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯等。
当可添加的其他聚合物选自合成橡胶时,其可选自以下任一种或任几种合成橡胶:异戊橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、氯醚橡胶、热塑性弹性体等。
当可添加的其他聚合物选自合成纤维时,其可选自以下任一种或任几种合成纤维:黏胶纤维、铜氨纤维、二乙酯纤维、三乙酯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维、聚烯烃纤维、含氟纤维等。
在聚合物材料的制备过程中,可添加的其他聚合物优选天然橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂、异戊橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、热塑性弹性体。
所述的可添加的助剂,其能够改善材料制备过程,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,包括交联剂和助交联剂、固化剂、扩链剂、增韧剂、偶联剂;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、三甲基羟乙基丙二胺、N,N-双(二甲胺丙基)异丙醇胺、N-(二甲氨基丙基)二异丙醇胺、N,N,N’-三甲基-N’-羟乙基双胺乙基醚、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,其能够延缓聚合物样品的氧化过程,保证材料能够顺利地进行制备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,能够防止聚合物样品发生光老化,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,能够使得聚合物样品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、盐基性硅酸铅、硬脂酸铅、水杨酸铅、二盐基邻苯二甲酸铅、碱式碳酸铅、硅胶共沉淀硅酸铅;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;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;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;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交联剂,其配合在动态聚合物中需要进行交联的反应物组分进行使用,其能在线型的聚合物分子间起架桥作用,使多个线型分子相互键合交联成网状结构,能够进一步增加聚合物的交联密度和交联强度,提高聚合物的耐热性能及使用寿命,同时改善材料的机械性能及耐候性,其包括但不仅限于以下任一种或任几种交联剂:聚丙二醇缩水甘油醚、氧化锌、氯化铝、硫酸铝、硝酸铬、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、对甲苯磺酸、对甲苯磺酰氯、二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸丁酯、异丙醇铝、醋酸锌、乙酰丙酮钛、氮丙啶、异氰酸酯、酚醛树脂、六次甲基四胺、过氧化二异丙苯、过氧化月桂酰、过氧化硬酯酰、过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化苯乙酮、过氧化二叔丁基、邻苯过氧二甲酸二叔丁酯、异丙苯过氧化氢、乙烯基三叔丁过氧基硅烷、二苯基-二叔丁过氧基硅烷、三甲基叔丁基过氧硅烷等。其中,交联剂优选过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化2,4-二氯苯甲酰(DCBP)。所用的交联剂用量没有特别限定,一般为0.1-5wt%。
所述的可添加的助剂中的助交联剂,其配合在动态聚合物中需要进行交联的反应物组分进行使用,能够抑制聚合物主键的断裂,提高交联效率,其包括但不仅限于以下任一种或任几种助交联剂:肟类,如对醌二肟、对二苯甲酰苯醌二肟;甲基丙烯酸酯类,如甲基丙烯酸甲酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯、三甲基丙烯酸三羧甲基丙酯;烯丙基类,如邻苯二甲酸二烯丙酯、三烯丙基氰尿酸酯、四烯丙基氧基乙烷、马来酸二烯丙酯;马来酰亚胺类,如马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、N,N’-间苯基双马来酰亚胺;其他类,如马来酸酐、二乙烯基苯、对乙烯基甲苯、1,2-聚丁二烯、乙烯基三甲氧乙氧基硅烷等。其中,助交联剂优选三甲基丙烯酸三羧甲基丙酯(TMPT)、三烯丙基氰尿酸酯(TAIC)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)。所用的助交联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固化剂,其配合在动态聚合物中需要进行固化的反应物组分进行使用,能够增进或控制反应物组分在聚合过程中的固化反应,其包括但不仅限于以下任一种或任几种固化剂:胺类固化剂,如乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二甲氨基丙胺、六次甲基四胺、间苯二胺;酸酐类固化剂,如邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、均苯四酸二酐;酰胺类固化剂,如低分子聚酰胺;咪唑类,如2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑;三氟化硼络合物等。其中,固化剂优选乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)、邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐,所用的固化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扩链剂,能与反应物分子链上的反应性基团反应而使分子链扩展、分子量增大,其包括但不仅限于以下任一种或任几种扩链剂:多元胺类扩链剂,如二氨基甲苯、二氨基二甲苯、四甲基亚二甲苯基二胺、四乙基二苯亚甲基二胺、四异丙基二苯亚基二胺、间苯二胺、三(二甲基氨基甲基)苯酚、二氨基二苯基甲烷、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺(MOCA)、3,5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、3,5-二乙基甲苯二胺(DETDA)、1,3,5-三乙基-2,6-二氨基苯(TEMPDA)。所用的扩链剂用量没有特别限定,一般为1-10wt%。
所述的可添加的助剂中的增韧剂,能够降低聚合物样品脆性,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偶联剂,能够改善聚合物样品与无机填充剂或增强材料的界面性能,在塑料加工过程中降低材料熔体的粘度,改善填料的分散度以提高加工性能,进而使制品获得良好的表面质量及机械、热和电性能,其包括但不仅限于以下任一种或任几种偶联剂:有机酸铬络合物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磺酰叠氮偶联剂、铝酸酯偶联剂等;其中,偶联剂优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)。所用的偶联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润滑剂,能够提高聚合物样品的润滑性、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、羟基硬脂酸;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;脂肪醇类,如硬脂醇;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、硅橡胶等;其中,脱模剂优选二甲基硅油。所用的脱模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,其能够增加聚合物样品的塑性,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、烷基羟乙基二甲铵高氯酸盐;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液,其优选用于进行乳液聚合,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、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,如烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、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,乳化剂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、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶等;其中,成核剂优选二氧化硅、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、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、聚乙烯蜡等;其中,流变剂优选有机膨润土、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、烷基二甲胺氧化物、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、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、聚醚等;其中,增稠剂优选皂土、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%。
在动态聚合物的制备过程中,可添加的助剂优选催化剂、引发剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、交联剂、固化剂、扩链剂、增韧剂、增塑剂、发泡剂、阻燃剂、动态调节剂。
所述的可添加的填料,其在动态聚合物中主要起到以下作用:①降低成型制品的收缩率,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调节聚合物的粘度;③满足不同性能要求,如提高聚合物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、纤维素、醋酸纤维素、虫胶、甲壳素、壳聚糖、木质素、淀粉、蛋白质、酶、激素、生漆、木粉、壳粉、糖原、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、树脂微珠,所用的填料用量没有特别限定,一般为1-30wt%。
在杂化交联动态聚合物的制备过程中,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杂化交联动态聚合物,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。
在杂化交联动态聚合物的制备过程中,还可以加入之前所述的可添加的其他聚合物、可添加的助剂、可添加的填料来共同组成动态聚合物复合体系,但这些添加物并不都是必须的。
利用溶液搅拌混合制备动态聚合物的具体方法,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。此过程中可根据需要选择保留溶剂制成以凝胶、胶状等形式存在的聚合物样品,或者选择除去溶剂制成块状、泡沫状等形式存在的固态聚合物样品。
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;优选去离子水、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,利用有机溶剂来制备动态聚合物并选择将其保留时,可以得到有机凝胶;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。
在杂化交联动态聚合物的制备过程中,所选用的有机硼化合物(I)、多元醇化合物(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,所添加的有机硼化合物(I)、多元醇化合物(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。有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II)、化合物(III)中含有的有机硼酸基元与二醇基元的摩尔当量比优选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。当有机硼化合物(I)、多元醇化合物(II)、化合物(III)中含有的官能团的摩尔当量比接近1:1时,可以得到的反应程度高、稳定性好的动态聚合物;当有机硼化合物(I)、多元醇化合物(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。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/交联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。
在杂化交联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。
所述的杂化交联动态聚合物性能大范围可调,具有广阔的应用前景,在军事航天设备、功能涂层、生物医药、生物医用材料、能源、建筑、仿生、智能材料等领域,都体现出令人瞩目的应用效果。
例如,通过利用杂化交联动态聚合物所具有的胀流性,可将其应用于制作阻尼减震器,用于各种机动车辆、机械设备、桥梁、建筑的震动隔离,聚合物材料在受到振动时,可以耗散大量能量起到阻尼效果,从而有效地缓和震动体的震动;也可利用杂化交联动态聚合物所具有的应力响应性,产生交联度的变化,出现柔性和强弹性的转变,起到有效分散冲击力的作用,从而可作为吸能缓冲材料应用于缓冲包装材料、运动防护制品、冲击防护制品以及军警用防护材料等方面,减少物品或人体在外力作用下所受到的震动和冲击,包括爆炸产生的冲击波等;因为存在普通共价交联,也可将其作为形状记忆材料进行使用,当外力去除时,材料在加载过程中由于可逆有机硼酸酯键的解离而产生的形变能够得以恢复;通过杂化交联动态聚合物所具有的动态可逆性和应力速率依赖性,制备出应力敏感型的聚合物材料,一部分可以应用于制备具有蠕变性和高弹性转换的魔幻效果的玩具和健身材料,还可用于制备道路和桥梁的速度锁定器,以及可用于制作抗震剪切板或循环应力承载工具,或者用于制作应力监测传感器。
再例如,充分利用杂化交联动态聚合物中动态共价键和超分子氢键所具有的自修复性,可以制备出具有部分自修复功能的粘结剂,应用于各类材料的胶黏,也可作为防弹玻璃夹层胶;也可用于制备具有一定伤口自愈合性的聚合物封堵胶和密封塞、密封圈等密封件,广泛应用于电子、电器、电池等方面;基于有机硼酸酯键的动态可逆性,可以设计制备出具有刮痕自修复功能的耐刮擦涂层,从而延长涂层的使用寿命,实现对基体材料的长效防腐保护;通过合适的组分选择和配方设计,可以制备具有部分可回收功能的聚合物垫片或聚合物板材,延长材料的使用寿命,在军工、航天、电子、仿生等领域表现出巨大的应用潜力。
再例如,将有机硼酸酯键和可选的氢键作为可牺牲键,其在外力作用下的断裂可吸收大量能量而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纤维或者板材,广泛应用于军事、航天、运动、能源、建筑等领域。
下面结合一些具体实施方式对本发明所述的交联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
以过氧化二异丙苯为引发剂,通过熔融接枝反应用马来酸酐接枝改性低分子量聚乙烯得接枝改性聚乙烯,其中,过氧化二异丙苯与马来酸酐的质量比为1:10;然后以对甲苯磺酸为催化剂,用1-氨基乙基硼酸通过熔融接枝反应制得硼酸接枝改性聚乙烯(a)。
取20g硼酸接枝改性聚乙烯(a)、25g乙烯-乙烯醇无规共聚物、3g邻苯二甲酸二辛脂、1.5g过氧化二异丙苯、1.2g硬脂酸、1.2g三盐基碱式硫酸铅、0.5g二月桂酸二正丁基锡、0.1g抗氧剂168、0.2g抗氧剂1010、0.25g二甲基硅油混合均匀后,加入到小型密炼机中混炼10min,然后加入5g碳纤维继续混炼,完成后将混炼后的物料取出冷却,置于150℃的双辊机中压制成薄片,在室温下进行冷却、裁片,将样品置于合适的模具中,置于平板硫化机上在160℃加热10min,然后取出,置于80℃真空烘箱中放置12h进行进一步的反应,最终得到碳纤维增强聚乙烯聚合物材料。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21.74±3.88MPa,拉伸模量为35.26±4.38MPa。得到的聚合物样品具有良好的机械强度和表面硬度,可将其作为汽车领域或者航天领域的内饰结构零部件、覆盖件使用。
实施例2
以过氧化二异丙苯为引发剂,通过熔融接枝反应用马来酸酐接枝改性低分子量聚丙烯得接枝改性聚丙烯,其中,过氧化二异丙苯与马来酸酐的质量比为1:10。
以等摩尔量的4-氨基苯硼酸与2-氨基-1,3-丙烷二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下进行缩合反应得端氨基化合物。
称取25g接枝改性聚丙烯加入到干燥洁净的三口烧瓶中,再加入20mg的BHT抗氧剂,在氮气保护条件下加热到160℃进行搅拌熔融,然后加入2.67g端氨基化合物、1.31g 1,3,6-三氨基己烷作为交联剂,再加入0.15g对甲苯磺酸、2.0g增塑剂DOP、0.25g二甲基硅油在氮气条件下反应1h,然后加入4g木纤维、0.6g聚乙烯钠继续反应2h。之后将其浇注到合适的模具中,在120℃条件下利用模压机进行模压成型,之后冷却到室温放置30min,最终得到聚丙烯基木塑复合板。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13.76±3.80MPa,拉伸模量为31.52±5.68MPa,断裂伸长率为365±122%。本实施例中的聚丙烯基木塑复合板具有缓冲减震功能,可在外力敲击下产生一定变形耗损应力,再通过加热进行恢复。
实施例3
在无水无氧条件下,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,氯仿为溶剂,将等摩尔量的乙烯基二氯硼烷与1,6-己二硫醇在80℃条件下通过硫醇-烯烃click加成反应得到氯硼烷双封端化合物。
将等摩尔量的环辛二烯和间氯过氧苯甲酸混合溶解于一定量的乙腈溶剂中,滴加入适量的H2SO4,在室温条件下搅拌反应制得到5-环辛烯-1,2-二醇;将其与环辛烯以摩尔比1:2混合,在Grubbs二代催化剂(1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-(咪唑烷亚基)(二氯苯亚甲基)(三环己基膦)钌)作用下,制得聚环辛烯多元醇。
以茂金属催化剂rac-CH2(3-t-Bu-Ind)2ZrCl2)催化丙烯和异戊二烯共聚合制得侧基含亚乙烯基双键的丙烯-异戊二烯无规共聚物。
以巯丙基三乙氧基硅烷为原料,三氯化铁、HCl为催化剂,通过水解缩合得巯基改性的聚倍半硅氧烷,再利用定量的乙烯基环丙烷部分封端制得改性聚倍半硅氧烷(a)。
取0.03mol氯硼烷双封端化合物溶解在一定量的甲苯溶剂中,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,再加入3mmol的聚环辛烯多元醇和适量的三乙胺混合均匀,加热到60℃继续搅拌反应。溶液的粘度随着搅拌的进行不断上升,反应2h后形成第一网络,再加入0.02mol改性聚倍半硅氧烷(a)、2mmol丙烯-异戊二烯共聚物、1wt%蒙脱土、1wt%二氧化硅、0.2wt%光引发剂DMPA混合均匀,在紫外光照射下反应15min,形成第二网络,然后将反应液倒入合适的模具中,置于60℃真空烘箱中12h进行进一步的反应和干燥,之后冷却到室温放置30min,得到橡胶态的聚烯烃聚合物样品。当在样品上进行快速敲击时,聚合物样品能够表现出临时刚性,起到耗散应力的效果,而对样品缓慢施加应力时,其又能在应力作用下产生缓慢形变。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5.34±1.85MPa,拉伸模量为7.24±2.88MPa,断裂伸长率为512±161%。可将得到的聚合物样品用于制作阻尼减震器,应用于汽车工业以及各种机械设备领域。
实施例4
以过氧化二苯甲酰为引发剂,通过熔融接枝反应用马来酸酐接枝改性三元乙丙橡胶,其中,过氧化二苯甲酰与马来酸酐的质量比为1:10。
以等摩尔量的1-氨基乙基硼酸与2-(4-氨基丁基)丙烷-1,3-二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下通过缩合反应得端氨基化合物。
称取12g马来酸酐接枝改性三元乙丙橡胶加入到反应瓶中,加入100ml的环氧大豆油、50ml磷酸三甲苯酯、1.2g端氨基化合物、1.0g 1,8-辛二胺、0.1g对甲苯磺酸、2.0mg BHT抗氧剂、2.0g有机膨润土、1.2g炭黑、0.35g三氧化二铁,通氮气保护后加热到80℃进行搅拌反应2h,然后将反应液置于合适的模具中,在80℃真空烘箱中继续反应6h,之后冷却到室温放置30min,从模具中取出样品,得到三元乙丙橡胶动态聚合物材料。得到的聚合物橡胶在外力拉伸作用下可进行缓慢地延展,具有一定的可变形性,在外力去除之后,聚合物材料能够缓慢恢复原状,具有形状记忆功能,可以应用于制备具有魔幻弹性效果的玩具。
实施例5
以AIBN为引发剂,利用苯乙烯和3-丙烯酰胺苯硼酸通过自由基共聚制得苯硼酸-苯乙烯共聚物。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,以AIBN为引发剂,利用苯乙烯和2-(羟甲基)-4-乙烯基苯酚通过自由基共聚制得羟甲基酚-苯乙烯共聚物。以AIBN为引发剂,利用苯乙烯和N-羟甲基丙烯酰胺与苯乙烯通过自由基共聚制得羟基共聚改性苯乙烯。
在干燥洁净的反应瓶中加入150ml的甲苯溶剂,在其中加入8mmol的羟甲基酚-苯乙烯共聚物,溶解搅拌均匀后,加入适量的三乙胺,再在搅拌状态下滴加入8mmol的苯硼酸-苯乙烯共聚物,置于60℃水浴锅中反应4h,然后通氮气除水除氧1h后,加入12mmol的羟基共聚改性苯乙烯和0.1mol的1,6-己二异氰酸脂,在室温下继续反应2h,之后将混合溶液置于合适的模具中在80℃真空烘箱中干燥24h,最终得到硬质性的聚苯乙烯基聚合物材料,其具有一定的表面光泽度和表面硬度,可将其作为具有部分可回收功能的办公用品使用。
实施例6
以对甲苯磺酸为催化剂,将4-氨基苯硼酸与苯乙烯-马来酸酐共聚物反应制得苯硼酸接枝改性苯乙烯-马来酸酐共聚物。
取50g苯硼酸改性苯乙烯-马来酸酐共聚物、4.05g一缩二甘油醚、2.8g 1,8-辛二胺、0.18g对甲苯磺酸、1.8g二月桂酸二正丁基锡、5.8g邻苯二甲酸二辛酯、10g发泡剂F141b、0.24g硬脂酸、0.06g抗氧剂168、0.12g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,装入压缩模具中,模具闭合进行加压加热,模压温度为100~110℃,模压时间为15-20min,压力为10MPa,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,最终得到聚苯乙烯基聚合物泡沫样品,其为一种硬质泡沫,不能进行折叠,同时也体现出良好的尺寸稳定性,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0.75±0.21MPa。可将得到的聚合物泡沫材料作为泡沫包装盒,对内部物品进行起到保温、防护作用。
实施例7
以乙烯基二氯硼烷、环戊二烯为原料,通过Diels-Alder反应制得氯硼烷改性的降冰片烯;以3-丙烯酰胺基多巴胺、环戊二烯为原料,通过Diels-Alder反应制得多巴胺改性的降冰片烯;以乙烯胺、环戊二烯为原料,通过Diels-Alder反应制得氨基改性的降冰片烯;将氯硼烷改性的降冰片烯、多巴胺改性的降冰片烯、氨基改性的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聚降冰片烯化合物,其中,氯硼烷改性的降冰片烯和多巴胺改性的降冰片烯的摩尔比为1:1。
在干燥洁净的反应瓶中加入200ml的邻二氯苯溶剂,再加入5mmol聚降冰片烯化合物,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,再加入适量的三乙胺,搅拌混合10min后,加热到80℃搅拌反应3h,然后再加入0.03mol三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯,继续反应1h,再加入5wt%的纤维素纳米晶和0.3wt%十二烷基苯磺酸钠后反应2h,减压抽滤得到固体聚合物样品。将聚合物样品放入模具中加热加压成型,可得到具有形状记忆功能的聚合物材料,施加外力对其进行折叠,去除外力后材料可恢复原状,可将其应用于户外露营用品的制作。
实施例8
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,再将其与定量的3-巯基-1,2-丙二醇和[4-(巯基甲基)苯基]硼酸新戊二醇酯通过thiol-ene点击反应制得改性聚碳酸酯化合物(a)。
在干燥洁净的烧瓶中倒入一定量的氯仿溶剂,然后加入3mmol的改性聚碳酸酯化合物(a)搅拌溶解后,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min,再加入适量的吡啶,搅拌混合10min后,加热到60℃反应3h,然后通氮气除水除氧1h后,再加入4mg BHT抗氧剂、0.04mol1,2-双(2-巯基乙氧基)乙烷、4mmol AIBN、0.01mol三乙胺,在氮气保护条件下反应6h,之后将混合液置于合适的模具中在50℃真空烘箱中干燥24h,最终得到块状透明的聚碳酸酯样品,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21.54±4.11MPa,拉伸模量为45.65±6.98MPa,利用其所具有的表面硬度和高强度,可将其制成耐冲击防护罩或高抗冲电气仪表零件使用。
实施例9
以溴化丁基橡胶(a)、4-巯基苯硼酸为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得苯硼酸接枝改性丁基橡胶。
以溴化丁基橡胶(a)、3-巯基-1,2-丙二醇为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得1,2-二醇接枝改性丁基橡胶。
称取25g苯硼酸接枝改性丁基橡胶、22g 1,2-二醇接枝改性丁基橡胶、0.3g二月桂酸二正丁基锡、0.05g抗氧剂168、0.1g抗氧剂1010、0.3g二甲基硅油加入到小型密炼机中混炼20min后,取出混炼后的物料进行冷却,置于双辊机中压制成薄片,在室温下进行冷却,裁片,浸于90℃碱水中进行预交联,然后置于80℃真空烘箱中放置4h进行进一步的反应和干燥,制得第一网络聚合物后将其破碎成小颗粒,再取3g第一网络聚合物颗粒与25g溴化丁基橡胶(a)、1.5g 1,6-己二硫醇、0.04g光引发剂DMPA、5g白炭黑、6g钛白粉、0.05g硬脂酸钡、0.15g硬脂酸加入到小型密炼机中继续混炼20min,然后取出混炼后的物料进行冷却,置于双辊机中压制成薄片,在室温下进行冷却,裁片。将薄片置于合适的模具中,在常温常压下利用紫外光照射10min,得到丁基橡胶基动态聚合物材料。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3.65±1.02MPa,拉伸模量为5.24±1.68MPa,断裂伸长率为574±151%。可将得到的聚合物橡胶作为橡胶缓冲材料应用于体育用品领域。
实施例10
以分子量约为5,000的1,2-聚异戊二烯、4-巯基苯硼酸为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得苯硼酸接枝改性聚异戊二烯橡胶。
以分子量约为5,000的1,2-聚异戊二烯、3-巯基-1,2-丙二醇为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得1,2-二醇接枝改性聚异戊二烯橡胶。
在干燥洁净的反应瓶中加入一定量的苯溶剂,加入6mmol 1,2-二醇接枝改性聚异戊二烯橡胶搅拌混合均匀后,加入适量的三乙胺,滴加入6mmol苯硼酸接枝改性聚异戊二烯橡胶,加热到60℃反应4h,然后通氮气除水除氧1h,加入0.05mol 3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇、0.5wt%的光引发剂DMPA,继续搅拌混合1h,得到具有一定粘度的混合液,将其置于紫外灯下照射20min,反应完毕后将产物置于合适的模具中在80℃真空烘箱中干燥24h,最终得到交联聚异戊二烯橡胶。在本实施例中,制得的聚异戊二烯橡胶材料具有优良的拉伸韧性,可进行大幅度的拉伸而不断裂,可作为一种超韧性交联橡胶材料进行使用。
实施例11
以DMPA作为光引发剂,紫外光为光源,将4-巯基苯硼酸与端胺基1,3-聚丁二烯通过thiol-ene点击反应制得苯硼酸接枝改性聚丁二烯。
以DMPA作为光引发剂,紫外光为光源,将3-巯基-1,2-丙二醇与端胺基1,3-聚丁二烯通过thiol-ene点击反应制得1,2-二醇接枝改性聚丁二烯。
取5g 1,2-二醇接枝改性聚丁二烯溶解在200ml的二甲苯溶剂中,加入适量的三乙胺搅拌混合10min后,加入5.5g苯硼酸接枝改性聚丁二烯,搅拌混合均匀后,加热到80℃进行混合反应4h,再加入0.5g植物纤维、0.1g滑石粉、0.05g二月桂酸二丁基锡、0.2g硅油泡沫稳定剂,高速搅拌混合均匀后,加入0.92g三苯基甲烷三异氰酸酯迅速混合,并高速搅拌30s,当混合物发白冒泡时,迅速将其倒入合适的模具中,置于80℃条件下进行成型发泡12h,使得反应聚合完全,最终可得到硬质的聚氨酯泡沫材料。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0.80±0.16MPa。制得的聚氨酯硬泡具有绝热效果好、重量轻、比强度大,同时还具有隔音、消声、防震、耐热、耐寒等特点,可将其广泛用于制作冰箱、冰柜的箱体绝热层、冷库、冷藏车等绝热材料。
实施例12
以等摩尔量的1-氨基乙基硼酸与1,6-二氨基己烷-3,4-二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下进行缩合反应得三氨基化合物。
在干燥洁净的烧瓶中称取25g的聚乙二醇400,加热到100℃通氮气除水除氧1h,然后加入20g三苯基甲烷三异氰酸酯,在80℃氮气保护条件下反应2h,然后降温到60℃,加入1.5g扩链剂二羟甲基丙酸,1.5g三乙胺,12g丙酮,0.15g辛酸亚锡,回流反应2h,然后再加入1.5g碳酸钙、1.5g硫酸钡、1.0g滑石粉超声20min,再加入2.5g三氨基化合物作为交联剂继续反应1h,反应结束后,真空除去丙酮,冷却至室温,最终得到具聚氨酯基弹性体,可将其作为聚氨酯密封胶进行使用。
实施例13
以等摩尔量的3-氨基苯硼酸与4-(1,2-二氨基乙基)苯-1,2-二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下进行缩合反应得三氨基化合物。
以乙烯基硼酸、1,3-丙二硫醇为原料,控制二者的摩尔比为2:1,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得二硼酸化合物。
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1摩尔量的羟基封端的三臂聚环氧丙烷与3摩尔量的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摩尔量的3-巯基-1,2-丙二醇通过thiol-ene点击反应制得1,2-二醇封端的三臂聚环氧丙烷。
在干燥洁净的反应瓶中加入0.02mol的1,2-二醇封端的三臂聚环氧丙烷,加热到80℃,加入适量的三乙胺搅拌混合均匀后,再加入0.03mol的二硼酸化合物,继续在80℃条件下反应4h,得到第一网络聚合物;另取一个反应瓶,加入0.02mol的聚氧化丙烯三醇(分子量约为2,000),0.02mol三氨基化合物混合均匀后,再加入0.06mol三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯,在氮气气氛中反应2h,然后加入适量的第一网络聚合物,继续搅拌反应1h,反应结束后,可得到具有良好回弹性的动态聚合物胶体,可将其作为多层板的夹层胶,应用于制作防爆建筑。
实施例14
以丙二醇、环氧乙烷为原料,三氟化硼乙醚为催化剂,通过阳离子开环聚合合成环氧乙烷共聚物;再将其依次与等摩尔量的丙烯酸、3-巯基-1,2-丙二醇分别通过酯化反应、硫醇-烯烃click加成反应制得1,2-二醇封端聚醚。
以丙烯基硼酸与1,3,5-三嗪-2,4,6-三硫醇为原料,控制二者的摩尔比为3:1,以DMPA作为光引发剂,紫外光为光源,通过thiol-ene点击反应制得有机硼化合物(a)。
在干燥洁净的反应瓶中一定量的甲苯溶剂,加入0.01mol的1,2-二醇封端聚醚,搅拌溶解完全后,加入适量的三乙胺,再在搅拌状态下加入4mmol有机硼化合物(a),混合均匀后,加热到60℃反应3h,反应结束后除去未反应的原料,再加入4mmol分子量约为3,000的四臂聚乙二醇(b),加热到80℃通氮气除水除氧1h,然后再加入8mmol 1,6-己二异氰酸酯,0.5wt%辛酸亚锡,5wt%碳纳米管,0.5wt%十二烷基苯磺酸钠,超声1min后,在60℃条件下反应2h。反应结束后,将反应液倒入合适的模具中,置于60℃真空烘箱中24h进行干燥,之后冷却到室温放置30min,最终得到胶态的导电聚氨酯聚合物材料。对聚合物胶施加外部压力后,通过测量弹性体的电导率,可对压力起到监测效果,可将其作为一种应力响应传感器进行使用。
实施例15
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、酯化反应制得氨甲基苯硼酸化合物(a),其中烃基化反应溶剂为DMF,催化剂为碳酸钾,酯化反应催化剂为无水硫酸。
以三羟甲基丙烷、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1摩尔量的羟基封端的三臂聚环氧丙烷与3摩尔量的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摩尔量的3-巯基-1,2-丙二醇通过thiol-ene点击反应制得1,2-二醇封端的三臂聚环氧丙烷(b)。
以三羟甲基丙烷、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1摩尔量的羟基封端的三臂聚环氧丙烷与3摩尔量的丙烯酸通过酯化反应制得烯烃封端的三臂聚环氧丙烷。
称取一定量的四氢呋喃溶剂,在其中加入0.02mol 1,2-二醇封端的三臂聚环氧丙烷(b),搅拌溶解完全后,滴加入适量的乙酸水溶液,再加入0.03mol氨甲基苯硼酸化合物(a),水解30min后,再加入适量的三乙胺,在50℃条件下反应3h,形成第一网络。然后加入0.02mol烯烃封端的三臂聚环氧丙烷,0.03mol 1,6-己二硫醇,2wt%光催化剂DMPA,0.02wt%BHT抗氧剂,通过搅拌使反应物溶解完全后,在紫外光照射下反应15min,形成第二网络。将反应液倒入合适的模具中,置于60℃真空烘箱中24h进行进一步的反应和干燥,之后冷却到室温放置30min,最终得到具有一定弹性的胶状聚合物样品,其可在一定范围内进行延展。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3.55±1.23MPa,拉伸模量为5.78±2.15MPa,断裂伸长率为482±146%。在使用过程中,材料表现出了良好的粘弹性,具有良好的隔离震动和应力缓冲效果,同时也表现出了优良的耐水解性。在本实施例中,可将聚合物样品制成一种抗冲击防护垫片进行使用。
实施例16
以等摩尔量的3-氨基苯硼酸与2-(4-氨基丁基)丙烷-1,3-二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下通过缩合反应得端氨基化合物(a)。
以三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、烯丙胺为原料,控制两者的摩尔比为1:3,并以AIBN为引发剂,三乙胺为催化剂,通过thiol-ene点击反应制得三氨基化合物(b)。
以季戊四醇、3-溴丙酸为原料,控制二者的摩尔比为1:4,通过酯化反应得季戊四醇3-溴丙酸酯后,将其与等摩尔量的叠氮化钠反应制得四叠氮季戊四醇酯。
以二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶为催化剂,以分子量约为5,000的聚酰胺依次与等摩尔量的5-炔基己酸和炔丙醇通过酰胺化、酯化反应制得炔基封端的聚酰胺。
在干燥洁净的反应瓶中加入一定量的四氢呋喃溶剂,密封后,利用氩气鼓泡除氧1h,然后在反应瓶中加入0.01mol四叠氮季戊四醇酯,0.02mol的炔基封端的聚酰胺,0.5ml的N,N-二异丙基乙胺,35mg催化剂Cu(PPh3)3Br。将反应瓶加热到60℃,在搅拌的状态下反应8h。反应结束后,在其中再加入0.02mol端氨基化合物(a),0.02mol三氨基化合物(b)搅拌溶解后,加入2ml三乙胺混合均匀,滴加入0.06mol辛二酰氯,继续搅拌混合反应6h。反应结束后,通过减压抽滤脱去溶剂后提纯得到聚酰胺基聚合物胶体。在本实施例中,可将其作为具有部分自修复功能的金属边缝粘结剂以及塑料、汽车车身的堵缝材料。
实施例17
以乙二醇、环氧乙烷为原料,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聚环氧乙烷;再将其依次与等摩尔量的丙烯酸、3-巯基-1,2-丙二醇分别通过酯化反应、硫醇-烯烃click加成反应制得1,2-二醇封端聚醚。
以二乙二醇双丙烯酸酯、3-巯基苯硼酸为原料,控制二者的摩尔比为1:2,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得苯硼酸化合物(a)。
在三口烧瓶中加入一定量的甲醇和0.01mol 1,2-二醇封端聚醚,搅拌溶解后,加入适量的NaOH,再加入0.01mol苯硼酸化合物(a),加热到50℃反应4h,形成线型聚合物后,加入5mmol聚丙烯酸和3mmol的氮丙啶交联剂继续反应1h,将聚合物溶液倒入到合适的模具中,置于80℃真空烘箱中6h进行干燥,之后冷却到室温放置30min,最终得到具有高粘度的聚合物胶体,其具有良好的增稠性和透明度。
实施例18
以AIBN为引发剂,将3-(2-羟基乙基)苯基硼酸频哪醇酯与丙烯酰氯反应制得苯硼酸酯丙烯酸酯单体,再将其与甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸2-氨基乙基酯通过自由基聚合得到丙烯酸酯共聚物(a)。
以AIBN为引发剂,将2,3-二羟基丙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸2-氨基乙基酯通过自由基聚合得到丙烯酸酯共聚物(b)。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入一定量的甲苯溶剂,再在其中加入3mmol的丙烯酸酯共聚物(a),滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,加入适量的三乙胺,搅拌混合10min后,再加入3mmol的丙烯酸酯共聚物(b),在60℃水浴条件下反应4h。然后将反应液加热到80℃通氮气除水除氧1h后,加入0.01mol 1,2,7,8-二环氧辛烷,继续反应30min,加入6wt%的纤维素纳米晶和0.3wt%十二烷基苯磺酸钠,超声20min后,继续反应2h。反应完成后,将聚合物溶液倒入到合适的模具中,置于80℃真空烘箱中24h进行除溶剂,之后冷却到室温放置30min,最终得到硬质固态的聚合物聚酯样品。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10.34±2.98MPa,拉伸模量为18.23±4.16MPa。在本实施例中,可将聚合物材料作为具有高效阻尼效果的抗震剪切材料或循环应力承载材料。
实施例19
以2-氨甲基苯硼酸频哪醇酯、1,6-己二异氰酸酯为原料,控制二者摩尔比为2:1,在室温下反应制得苯硼酸酯二封端化合物。
以过硫酸钾为引发剂,将3-丙烯酰胺基多巴胺与丙烯酰胺、丙烯酸2-氨基乙基酯通过自由基聚合得到多巴胺-丙烯酰胺共聚物。
取一定量的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,加入4mmol多巴胺-丙烯酰胺共聚物,搅拌溶解完全后,依次加入适量的吡啶和0.05mol苯硼酸酯二封端化合物,滴加入适量的乙酸水溶液,置于60℃水浴锅中加热反应2h,然后加入0.01mol乙二醇二缩水甘油醚,5wt%表面修饰的Fe3O4粒子、5wt%金属磁粉和1wt%皂土,超声1min,使金属粒子在其中分散均匀,置于60℃条件下继续恒温水浴反应2h,反应结束后,得到分散有磁性粒子的离子液体凝胶。在本实施例中,得到的聚合物凝胶由于包裹有磁性粒子,可利用电磁波加热控制使凝胶展现出形状记忆能力。
实施例20
以过硫酸钾为引发剂,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得到1,2-二醇-丙烯酰胺共聚物;以过硫酸钾为引发剂,将4-丙烯酰胺基苯硼酸钠盐与N,N-二甲基丙烯酰胺通过自由基聚合得到苯硼酸-丙烯酰胺共聚物。
称取一定量的N-异丙基丙烯酰胺,将其溶解于二甲基甲酰胺中配制成1mol/L的溶液,在溶液中再加入1mol%的交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺,0.6mol%的引发剂过硫酸钾,搅拌混合均匀后,静置1h除去气泡,置于60℃条件下恒温水浴反应5h,得到聚丙烯酰胺凝胶(第一网络)。在反应瓶中量取一定量的二甲基甲酰胺,加入5mmol 1,2-二醇-丙烯酰胺共聚物,搅拌溶解完全后,加入适量的三乙胺搅拌混合均匀,加入5mmol苯硼酸-丙烯酰胺共聚物,加热到50℃反应1h后,将之前所得到的聚丙烯酰胺凝胶溶胀于混合溶液中,继续在50℃条件下反应2h。反应结束后,得到杂化交联双网络有机凝胶动态聚合物。在本实施例中,制得的聚合物有机凝胶可以作为具有缓冲特性的复合包装材料或吸液衬里材料使用。
实施例21
以AIBN为引发剂,将乙烯基吡咯烷酮与4-丙烯酰胺基苯硼酸通过自由基聚合得到乙烯基吡咯烷酮-苯硼酸共聚物。
以AIBN为引发剂,将乙烯基吡咯烷酮与2-丙烯酰胺基多巴胺通过自由基聚合得到乙烯基吡咯烷酮-多巴胺共聚物。
称取一定量的乙烯基吡咯烷酮,并将其溶解于离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐中配制成1mol/L的溶液,在溶液中加入1mol%的交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺,0.6mol%的引发剂过硫酸钾,搅拌混合均匀后,静置1h除去气泡,置于60℃条件下恒温水浴反应4h,得到聚乙烯基吡咯烷酮凝胶(第一网络)。在反应瓶中量取一定量的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐,加入4mmol乙烯基吡咯烷酮-多巴胺共聚物,搅拌溶解完全后,加入适量的三乙胺搅拌混合均匀,加入4mmol乙烯基吡咯烷酮-苯硼酸共聚物,加热到80℃反应1h后,加入5wt%石墨烯粉超声10min,再将之前所得到的聚乙烯基吡咯烷酮凝胶溶胀于混合溶液中,在80℃条件下反应2h。最终得到分散有石墨烯的双网络离子液体凝胶聚合物样品,其具有良好的回弹性,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0.92±0.31MPa。可将实施例中的动态聚合物凝胶作为石墨烯导电凝胶使用,其电导率可随着外力变化表现出良好的响应效果。
实施例22
以分子量约为60,000的甲基乙烯基硅油、3-巯基-1,2-丙二醇、4-巯甲基苯硼酸新戊二醇酯为原料,加入适量的DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过thiol-ene点击反应制得苯硼酸-二醇接枝改性硅油。
在三口烧瓶中加入20ml苯硼酸-二醇接枝改性硅油,50ml液体石蜡,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,再加入适量的三乙胺,加热到60℃反应2h,然后通氮气除水除氧1h,再加入0.01wt%BHT抗氧剂、0.2wt%AIBN、1.0wt%三乙胺,滴加入0.06mol 1,6-己二硫醇,在60℃氮气保护条件下继续反应3h,然后将其倒入到合适的模具中,置于80℃真空烘箱中继续反应6h,之后冷却到室温放置30min,最终得到具有一定表面弹性和良好的拉伸韧性的聚合物样品。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3.74±1.18MPa,拉伸模量为6.08±2.54MPa,断裂伸长率为1055±368%。在本实施例中,可将其作为一种涂覆材料对基体起到保护作用。
实施例23
以甲基乙烯基硅橡胶、3-巯基-1,2-丙二醇、4-巯基苯硼酸频哪醇酯为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得苯硼酸-二醇接枝改性硅橡胶。
称取25g苯硼酸-二醇接枝改性硅橡胶、8g白炭黑、8g钛白粉、1.5g三氧化二铁、0.15g二月桂酸二正丁基锡、0.03g硅油加入到小型密炼机中混炼20min,使添加剂与胶料充分混合均匀后,取出混炼后的物料进行冷却,置于双辊机中压制成薄片,在室温下进行冷却,裁片,浸于90℃碱水中进行预交联,然后置于80℃真空烘箱中放置6h进行进一步的反应和干燥。将干燥后的混炼胶进行返炼,加入1.5g巯基改性硅油、0.05g光引发剂DMPA、0.05g抗氧剂168、0.1g抗氧剂1010继续混炼20min,然后再加入25g缩合型单组份室温硫化硅橡胶(以α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷为基体,配有正硅酸乙酯,有机锡,白炭黑等添加剂)继续混炼1h后,在120℃条件下热处理20min,然后在10MPa压力下成型,并在常温常压下利用紫外光照射10min,得到紫外光固化的硅橡胶基聚合物材料。利用模具制成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5.54±1.21MPa,拉伸模量为9.35±1.90MPa,断裂伸长率为433±112%。在本实施例中,可将其作为硅橡胶阻尼减震片应用于电子电气、医疗器械、汽车工业等领域。
实施例24
以乙烯基硼酸、粘度约为6,000mPa·s的端氢基硅油为原料,在铂烯络合物Pt(dvs)催化条件下进行硅氢加成制得硼酸改性硅油。
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;以八甲基环四硅氧烷、四(二甲基硅氧基)硅烷为原料,浓硫酸为催化剂,通过开环聚合法合成四端氢基聚硅氧烷,再将其与2-(羟甲基)-4-乙烯基苯酚在铂烯络合物Pt(dvs)催化条件下通过硅氢加成反应制得2-羟甲基酚封端的四臂聚硅氧烷。
以八甲基环四硅氧烷、四(二甲基硅氧基)硅烷为原料,浓硫酸为催化剂,通过开环聚合法制得四端氢基聚硅氧烷。
在干燥洁净的三口烧瓶中依次加入120ml的无水甲苯溶剂、12mmol分子量约为2,000的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、3mmol四端氢基聚硅氧烷,通氮气除水除氧20min后,加热到40℃进行搅拌溶解,然后加入铂烯络合物Pt(dvs)作为催化剂,在氮气保护条件下反应30h,形成第一网络;然后加入0.01mol的2-羟甲基酚封端的四臂聚硅氧烷,加入适量的三乙胺,搅拌混合10min后,加入0.02mol的硼酸改性硅油,在80℃氮气保护条件下反应4h形成第二网络,将得到的粘稠的交联聚合物倒入合适的模具中,置于60℃真空烘箱中12h进行进一步的反应,之后冷却到室温放置30min,最终得到具有良好回弹性的交联聚合物材料,可将其应用于制备用于空降和空投的外包装材料。
实施例25
在干燥的三口烧瓶中加入0.1mol的二乙醇胺和一定量的无水甲醇,室温下搅拌均匀,加入0.2mol的丙烯酸甲酯,在35℃条件下搅拌4h,然后抽真空除去多余的甲醇和丙烯酸甲酯,再将其以滴加的形式与三羟甲基丙烷在对甲苯磺酸催化条件下,在115℃条件下反应制得一级中间产物,然后再与3-(双(2-羟乙基)氨基)丙酸甲酯反应制得二级中间产物,然后利用3-异氰酸丙烯进行封端后得到超支化化合物(a)。
以等摩尔量的4-巯甲基苯硼酸与3-巯基-1,2-丙二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下通过缩合反应得二巯基化合物。
在干燥洁净的反应瓶中加入0.01mol的超支化化合物(a),再加入一定量的三氯甲烷溶剂进行溶解,然后通氮气除水除氧1h,加入0.01wt%BHT抗氧剂、0.2wt%AIBN、1.0wt%三乙胺,再缓慢加入0.04mol二硫醇化合物、0.04mol 1,6-己二硫醇,在60℃氮气保护条件下继续反应6h。之后将聚合物溶液倒入到合适的模具中,置于50℃真空烘箱中放置12h进行干燥,最终得到粘弹性的动态聚合物固体样品。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3.82±1.09MPa,拉伸模量为6.78±2.65MPa,断裂伸长率为502±135%。在本实施例中,制得的聚合物材料具有良好的隔离震动和应力缓冲效果,可将其制成一种抗冲击防护垫片进行使用。
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 (12)

1.一种杂化交联动态聚合物,其特征在于,其含有有机硼酸酯键以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上;
其中,所述的有机硼酸酯键,其选自如下结构中的一种:
其中,所述结构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;表示芳香族环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于有机硼酸酯键中的五元环或六元环中;
其中,所述杂化交联动态聚合物的形态选自以下任一种:普通固体、弹性体、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。
2.根据权利要求1所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,所述动态聚合物结构中还含有超分子氢键作用。
3.根据权利要求2所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,形成所述超分子氢键作用的氢键基团,其含有以下结构成分:
4.根据权利要求1所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中同时含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度达到凝胶点以上。
5.根据权利要求1所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络仅含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上。
6.根据权利要求1所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络同时含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上。
7.根据权利要求1所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,并且其中分散着含有有机硼酸酯键的非交联动态聚合物。
8.根据权利要求1所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中仅含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,并且其中分散着以有机硼酸酯键交联的具有凝胶点以上交联结构的动态聚合物颗粒。
9.根据权利要求1所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,所述杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中同时含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度达到凝胶点以上,同时,在交联网络中还含有超分子氢键作用。
10.根据权利要求1所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,所述杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络含有由普通共价键形成的普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上,另外一个交联网络含有由有机硼酸酯键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上,同时在至少一个交联网络中还含有超分子氢键作用。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的杂化交联动态聚合物,其特征在于,其应用于以下制品:减震器、缓冲材料、抗冲击防护材料、运动防护制品、军警防护制品、自修复性涂层、自修复性板材、自修复性粘结剂、防弹玻璃夹层胶、韧性材料、形状记忆材料、密封件、玩具、力传感器。
12.一种吸能方法,其特征在于,提供一种杂化交联动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的杂化交联动态聚合物,其含有有机硼酸酯键以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上;
其中,所述的有机硼酸酯键,其选自如下结构中的一种:
其中,所述结构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;表示芳香族环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于有机硼酸酯键中的五元环或六元环中。
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