CN109666164A - 一种基于动态聚合物组合物的吸能方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,提供一种动态聚合物组合物并以其作为吸能材料进行吸能,其中所述的动态聚合物组合物包含至少A、B两组分;其中,组分A为包含至少一个交联网络的动态聚合物,其含有可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键和可选的可形成超分子氢键作用的氢键基团;其中,组分B为催化组分A中的动态共价键发生交换反应的催化剂和/或其复合物。该组合物作为吸能材料使用可以提供良好的抗冲击(防护)、阻尼、减震、缓冲、隔音、消声等功能,同时与可选的超分子氢键共同作用,赋予材料刺激响应性、自修复性、可回收性、可重复加工性等特性,可应用于日常生活与各专业领域的各个方面。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸能方法,具体涉及一种基于包含至少A、B两组分的动态聚合物组合物的吸能方法。
背景技术
在日常生活、运动、休闲娱乐、军事、警务、安保、医护、生产等活动中,人体、动物体和物品等经常受到撞击、振动、震动、爆炸、声音等物理冲击的严重影响。通过使用吸能材料进行吸能,可以对这类物理冲击起到有效的防护、缓解,从而达到如抗冲击、阻尼、减震、缓冲、隔音、消声等效果。现阶段,用于吸能的材料主要有金属、聚合物、复合材料等。一种常见的聚合物材料的吸能机理是利用共价键等化学键的断裂以及材料内部产生裂纹甚至材料整体的断裂等过程吸能。然而在上述各过程中,共价键的断裂与宏观的裂纹、断裂一旦产生往往无法恢复,将导致材料的吸能能力和力学性能都降低甚至无法继续使用,在一次或少数几次吸能过程后,材料必须及时替换才能维持原有的性能。
因此,需要发展一种新的吸能方法,在该吸能机理的基础上,既可以体现优异的吸能效果,又可以避免材料因吸能断裂而整体失效,以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述背景,为了使聚合物材料既可以体现优异的吸能效果,又可以避免材料因吸能断裂而整体失效,本发明提供了一种基于动态聚合物组合物的吸能方法。为此,我们在聚合物中引入动态共价键,以动态共价交联取代传统的化学共价交联。动态共价交联可在材料发生断裂后对材料进行自修复,不但维持聚合物的结构和力学性能,而且更重要的是赋予了聚合物可以重复多次吸能的能力。可选的超分子氢键交联,其可逆断裂性不但是对吸能效果的增强,还可以进一步提高交联密度,增强材料的稳定性和力学性能;同时,超分子氢键提供动态性,也可以增强聚合物的自修复性。
本发明通过如下技术方案予以实现:
一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,提供一种动态聚合物组合物并以其作为吸能材料进行吸能,其中所述的动态聚合物组合物包含至少A、B两组分;其中,所述的动态聚合物组合物组分A为包含至少一个交联网络的动态聚合物,所述的动态聚合物中含有可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键;其中所述的动态聚合物组合物组分B为催化所述的动态聚合物组合物组分A中的不饱和碳碳双键发生烯烃交叉易位复分解反应的催化剂、催化剂复合物或催化剂与催化剂复合物的混合物。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度不高于25℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度不高于0℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A所有的玻璃化转变温度都不高于25℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A所有的玻璃化转变温度都不高于0℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度不低于40℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度不低于100℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A所有的玻璃化转变温度都不低于40℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A所有的玻璃化转变温度都不低于100℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度高于25℃且低于40℃。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度不高于25℃,且至少一个玻璃化转变温度不低于100℃。
在本发明的一种实施方式中,在所述的动态聚合物的交联网络骨架链上含有至少一种下式所示的可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键:
其中,表示与聚合物链或者其他任意合适的基团或原子的连接。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物中还含有可形成超分子氢键作用的氢键基团。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中仅含有动态共价交联,其交联度达到其凝胶点以上。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以下,超分子交联的交联度在其凝胶点以上。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以下,超分子交联的交联度在其凝胶点以下,但两者交联度之和在凝胶点以上。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中含有两个网络;第1网络中仅含动态共价交联,其交联度在其凝胶点以上;第2网络中仅含超分子交联,其交联度在其凝胶点以上。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中含有两个网络;第1网络中含动态共价交联和超分子交联,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;第2网络中仅含超分子交联,其交联度在其凝胶点以上。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中含有一个网络,其中仅含有凝胶点以上的动态共价交联,超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物分散在动态共价交联网络中。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中含有一个网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物分散在动态共价交联网络中。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中含有一个网络,其中仅含有凝胶点以上的动态共价交联,超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物以颗粒状态分散在动态共价交联网络中。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物组合物组分A中含有一个网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物以颗粒状态分散在动态共价交联网络中。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的氢键基团中至少有一种氢键基团同时含有氢键供体和氢键受体,其中所述的同时含有氢键供体和氢键受体的氢键基团优选含有至少一个仲氨基;
其中,当所述的同时含有氢键供体和氢键受体的氢键基团位于主链和/或侧链骨架时,其更优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,表示与聚合物链的连接;
其中,当所述的同时含有氢键供体和氢键受体的氢键基团位于侧基和/或端基时,其更优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,表示与聚合物链的连接,G为端基;与G可以成环或不成环;X各自独立选自氧原子或硫原子。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的氢键基团选自氨基甲酸酯基、脲基、硫代氨基甲酸酯基以及以上基团的衍生物等。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物含有至少一种不超过四齿的所述的氢键基团。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的动态聚合物含有两种或两种以上所述的氢键基团。
在本发明的一种实施方式中,其中所述的氢键基团中至少有一种氢键基团位于所述的动态聚合物的侧基或侧链或侧基和侧链。
在本发明的一种实施方式中,其中用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段中至少一种为主链为碳链结构或碳杂链结构的聚合物链段。
在本发明的一种实施方式中,其中用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段中至少一种为主链为元素杂链结构的聚合物链段。
在本发明的一种实施方式中,其中用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段中至少一种为玻璃化转变温度不高于25℃的聚合物链段。
在本发明的一种实施方式中,其中用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段中至少一种为玻璃化转变温度不高于0℃的聚合物链段。
在本发明的一种实施方式中,其中用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段中至少一种为玻璃化转变温度不低于40℃的聚合物链段。
在本发明的一种实施方式中,其中用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段中至少一种为玻璃化转变温度不低于100℃的聚合物链段。
在本发明的一种实施方式中,其中用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段中至少一种为玻璃化转变温度高于25℃且低于40℃的聚合物链段。
在本发明的一种实施方式中,其中用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段中至少一种为玻璃化转变温度不高于25℃的聚合物链段,且至少一种为玻璃化转变温度不低于100℃的聚合物链段。
在本发明的一种实施方式中,所述的动态聚合物组合物具有以下任一性状:普通固体、弹性体、凝胶、泡沫。
在本发明的一种实施方式中,构成所述动态聚合物组合物的配方组分还包括以下任一种或任几种可添加物或可使用物:其他聚合物、助剂、填料、溶胀剂。其中,所述的其他聚合物优选自以下任一种或任几种:天然高分子化合物、合成高分子化合物;所述的助剂优选自以下任一种或任几种:催化剂、引发剂、抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂、分散剂、乳化剂、阻燃剂、增韧剂、偶联剂、溶剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、增稠剂、触变剂、流平剂、着色剂、荧光增白剂、消光剂、抗静电剂、脱水剂、杀菌防霉剂、发泡剂、助发泡剂、成核剂、流变剂;所述的填料优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;所述的溶胀剂优选自以下任一种或任几种:水、有机溶剂、离子液体、齐聚物、增塑剂。
在本发明的一种实施方式中,所述的组合吸能方法应用于抗冲击防护、阻尼、减震、缓冲、防爆、防弹、隔音、消声。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)在本发明提供的基于动态聚合物组合物的吸能方法中,当动态聚合物组合物在吸能应用时受外力作用而内部产生裂纹或断裂后,利用动态共价键和可选的氢键的动态性可以实现材料自修复性,从而无需替换,可以继续循环使用,可以满足对新材料日益增长的环保需求,这在现有的以聚合物体系进行吸能的方法中是无法实现的。
(2)在本发明提供的基于动态聚合物组合物的吸能方法中,所采用的动态共价键是基于可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键。烯烃交叉易位复分解反应的反应特点在于反应前后聚合物网络的交联密度不变,这一特性可以使聚合物网络的拓扑结构维持不变,使材料性能维持稳定。而且,可选择的催化剂也是多种多样的,合理选择不同的催化剂可以调节动态共价键体现动态性与自修复性的温度、酸碱度等。并且,由于不饱和碳碳双键具有一定的反应活性,成型后的聚合物材料和制品仍保留了进一步进行改性或者功能化的可能,扩大了材料的应用范围。此外,含有不饱和碳碳双键的化学原料易得,适合工业化生产,满足最广泛的吸能要求。
(3)在本发明提供的基于动态聚合物组合物的组合吸能方法中,还选择性地存在超分子氢键作用。当聚合物受外力冲击时,动态的超分子氢键能够发生应变响应性,在分子尺度上交联度瞬态增加,从而发生柔性和刚性转变,能够对冲击能量进行有效的分散;而当聚合物在受到的外力冲击足够大时,超分子氢键作用由于具有动态性和较弱的键能,能够在受力情况下以可牺牲键形式发生解离而耗散冲击能量,扩大了对能量吸收的范围,进一步丰富了动态聚合物组合物的吸能机理。
(4)本发明提供的基于动态聚合物组合物的吸能方法具有良好的可调控性。例如,将超分子氢键和动态共价键相结合,通过控制原料的分子结构、分子量等参数,可制备出具有不同表观特征、性能可调的动态聚合物用于吸能;又如,通过控制氢键基团的位置、种类和数目,可以制备动态可逆性强弱不同的动态聚合物,在不同的受力情况下发生解离,实现多重吸能的效果。通过控制动态共价交联和超分子氢键交联两者成分的比例,使所述的超分子氢键交联既可以与动态共价交联共同在同一个网络中形成交联网络,也可以独立形成超分子动态交联网络,也可以独立形成超分子动态交联的颗粒,还可以以非交联的超分子聚合物的形式分散在动态共价交联网络中,或超分子交联与动态共价交联分别形成互穿或半互穿的两个网络等,不同的结构可以达到不同的吸能效果。另外,当两个网络都含有超分子交联时,可以利用两个网络中的超分子交联提供协同或正交的动态性来调节吸能范围。
(5)相比于现有的其他吸能方法,本发明除吸能性能外,还充分利用了动态共价键、可选的超分子氢键与聚合物的其他特性,可以提供力学强度、自修复性、形状记忆、多重响应性等多种多样的其他性能。此外,在材料制备过程中还可根据实际需要加入其他功能性添加物对动态聚合物组合物材料进行改性,进一步扩展了本发明吸能方法的应用范围。
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
本发明涉及一种吸能的方法,其特征在于,提供一种动态聚合物组合物并以其作为吸能材料进行吸能,所述动态聚合物组合物包含至少A、B两组分,其中,组分A为包含至少一个交联网络的动态聚合物,所述的动态聚合物中含有可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键和选择性存在的可形成超分子氢键作用的氢键基团;组分B为催化组分A中的不饱和碳碳双键发生烯烃交叉易位复分解反应的催化剂和/或其复合物。
本发明中所用术语“吸能”指的是针对撞击、振动、震动、爆炸、声音等形式所造成的物理冲击产生的能量的吸收、耗散和分散,但不包括仅对热能和/或电能的吸收,从而达到如抗冲击(防护)、阻尼、减震、缓冲、隔音、消声等效果。
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。
下面,先对本发明中的动态聚合物组合物组分A进行详细说明。
本发明中所述的“聚合”反应/作用为链的增长过程/作用,也即通过分子间反应/作用(包括共价化学反应和超分子氢键作用)形成直链、支化、环、二维/三维团簇、三维无限网络结构的聚合物。
本发明中所用术语“交联”反应/作用,指的是分子间和/或分子内通过共价键和/或超分子氢键作用形成具有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。因此,交联可以视为聚合的一种特殊形式。在交联过程中,刚好达到一个三维无限网络时的交联度,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;处于凝胶点以下的交联产物,其仅为稀松的链间链接结构,并未形成三维无限网络结构,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。除非特别说明,本发明中的交联结构为凝胶点以上的三维无限网络结构,非交联结构包括交联度为零的线型和非线型结构以及凝胶点以下的二维/三维团簇结构。
在本发明中,“骨架”指的是聚合物链的链长方向上结构。对交联聚合物而言,所述的“主链”,指的是存在于交联网络骨架中的任意链段。对非交联结构的聚合物而言,所述的“主链”,如非特别说明,指的是链节最多的链。其中,所述的“侧链”,指的是同聚合物主链相连接而分布在主链旁侧的链结构;其中,所述的“支链”/“分叉链”可以是侧链也可以是其他从任意链分叉出来的链结构。其中,所述的“侧基”,指的是同聚合物任意链相连接而分布在链旁侧的化学基团。其中,所述的“端基”,指的是同聚合物任意链相连接而位于链末端的化学基团。如非特别说明,侧基特指连接在聚合物链骨架旁侧的分子量不超过1000Da的基团及其中的亚基团。当侧链、支链、分叉链的分子量不超过1000Da时,其本身及其上的基团视为侧基。为简单起见,如非特别说明,侧链、支链、分叉链统一称为侧链。上述“侧链”、“侧基”,其可具有多级结构,也即侧链/侧基可以继续带有侧链/侧基,侧链/侧基的侧链/侧基可以继续有侧链/侧基。本发明中,如非特别说明,对于超支化和树枝状链及其相关的链结构,最外围的聚合物链段可以视为侧链,其余部分可以视为主链。
本发明中所述的“动态共价交联网络”,指的是当共价交联网络中超分子作用都断开仅剩普通共价键和动态共价键时,仍然具有凝胶点以上结构的聚合物网络;而当动态共价键也都断开时,原有聚合物交联网络解离分解成以下任一种或任几种次级单元:单体、聚合物链片段、聚合物团簇、凝胶点以上的聚合物颗粒等。
本发明中所述的“超分子交联网络”,指的是当交联网络中的动态共价键都断开仅剩普通共价键和超分子氢键时,仍然具有凝胶点以上结构的聚合物网络;而当超分子氢键也都断开时,原有聚合物交联网络解离分解成以下任一种或任几种次级单元:单体、聚合物链片段、聚合物团簇、凝胶点以上的聚合物颗粒等。
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,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。
本发明中所述的“动态共价键”,指可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键。其中,所述的“烯烃交叉易位复分解反应”是指由金属烯烃络合物催化的不饱和碳碳双键之间的碳架重排反应。其中,所述“重排反应”是指,新的碳碳双键在他处生成并伴随旧的碳碳双键发生解离,从而产生链的交换和聚合物局部拓扑结构的变化。对本发明而言,在此重排过程中,由于反应的特殊性,聚合物网络的交联密度基本不变。其中,所述“可发生”是指,在合适催化剂存在下、温度条件、压力条件等情况下,烯烃交叉易位复分解反应可以进行。
本发明中所述的“超分子作用”,仅指超分子氢键作用,简称为“氢键作用”或“氢键”。
在本发明的实施方式中,所述的动态聚合物组合物组分A可以不具有玻璃化转变温度,可以具有一个或一个以上的玻璃化转变温度。其中,一种优选的实施方式为动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度不高于25℃,更优选为不高于0℃,更优选当存在多个玻璃化温度时所有的玻璃化温度均不高于25℃,最优选所有的玻璃化温度均不高于0℃,有助于体现超分子氢键在室温和低温使用时的动态性和自修复性,便于获得胶黏剂、弹性体、凝胶等材料或制品;另一种优选的实施方式为动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度不低于40℃,更优选为不低于100℃,更优选当存在多个玻璃化温度时所有的玻璃化温度均不低于40℃,最优选所有的玻璃化温度均不低于100℃,有助于体现材料高温尺寸稳定性、形状记忆性、低温和常温下的硬度等特性,便于获得具有特殊性能的凝胶、泡沫、普通固体等材料或制品;另一种优选的实施方式为动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度高于25℃但低于40℃,有利于获得尺寸较为稳定、动态性适中、温度敏感性较高的弹性体、泡沫和普通固体等;另一种优选的实施方式为所述的动态聚合物组合物组分A的至少一个玻璃化转变温度不高于25℃,且另外至少一个玻璃化转变温度不低于100℃,可以兼顾低温和高温性能。
在本发明的实施方式中,所述的动态聚合物组合物组分A中所包含的交联网络至少有一个,既可以是单一一个网络,也可以有相互共混的多个网络,也可以有互穿的多个网络,也可以同时存在共混和互穿,等等;其可以采用任意合适的交联拓扑结构、化学结构、反应方式及其组合等。
在本发明的实施方式中,所述的动态聚合物组合物组分A中含有至少一种可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键,其作为动态聚合物的聚合链接点或者交联链接点或者同时作为聚合链接点和交联链接点而存在。此外,本发明不排除碳碳双键作为侧基、端基以及其他位置的基团存在。在本发明中,除非采用特定的方法使得所述的不饱和碳碳双键发生非再生性解离,否则共价交联网络和共价聚合物链不会发生降解性变化。优选可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键只存在于交联网络的链骨架上。
在本发明的实施方式中,所述可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键的类型没有特别的限制,优选在交联网络骨架链上含有至少一种下式所示的位阻小反应活性高的结构:
其中,表示与聚合物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,动态聚合物组合物组分A中还选择性地含有可形成超分子氢键作用的氢键基团。当动态聚合物组合物组分A中同时包含超分子氢键作用时,其网络结构更为丰富多样,吸能性能更佳。当动态聚合物组合物组分A中同时包含超分子氢键作用时且所包含的交联网络数量为两个或多个时,这些网络可以相同或不同;可以是部分网络仅包含有动态共价交联和部分网络仅包含超分子交联的组合,或者是部分仅包含有动态共价交联和部分同时包含动态共价交联和超分子交联的组合,或者是部分仅包含超分子交联和部分同时包含动态共价交联和超分子交联的组合,或者是各个网络中都同时包含有动态共价交联和超分子交联,但本发明不仅限于此。
在本发明的一个优选实施方式中(第一种网络结构),所述的动态聚合物组合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中仅含有动态共价交联,其交联度达到其凝胶点以上。该网络结构结构简单,动态共价交联可以保持平衡结构,并在特定的条件下提供共价动态性。
在本发明的一个优选实施方式中(第二种网络结构),所述的动态聚合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下。该网络结构中,通过动态共价交联可以保持平衡结构,超分子交联提供动态性;在特定的条件下,动态共价交联也可提供共价动态性。
在本发明的另一个优选的实施方式中(第三种网络结构),所述的动态聚合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以下,超分子交联的交联度在其凝胶点以上。该网络结构具有良好的动态性,特别是基于超分子交联的应变响应性;动态共价交联并不直接保持平衡结构,但在特定的条件下,动态共价交联也可提供额外的共价动态性起到调节性能的作用。
在本发明的另一个优选的实施方式中(第四种网络结构),所述的动态聚合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以下,超分子交联的交联度在其凝胶点以下,但两者交联度之和在凝胶点以上。该网络结构中动态共价交联和超分子交联的交联度均较低,网络结构的整体交联度不高,动态共价交联和超分子交联均对提供平衡结构调节性能的作用至关重要。
在本发明的另一个优选实施方式中(第五种网络结构),所述的动态聚合物组分A中含有两个网络;第1网络中仅含动态共价交联,其交联度在其凝胶点以上;第2网络中仅含超分子交联,其交联度在其凝胶点以上。该网络结构中,第2网络具有良好的动态性,第1网络提供平衡结构,通过两个网络的互穿或半互穿等结合方式,可以更好地发挥综合效能;在特定的条件下,动态共价交联也可提供额外的共价动态性起到调节性能的作用。
在本发明的另一个优选实施方式中(第六种网络结构),所述的动态聚合物组分A中含有两个网络;第1网络中含动态共价交联和超分子交联,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;第2网络中仅含超分子交联,其交联度在其凝胶点以上。该网络结构中,通过两个网络的互穿等结合方式,可以更好地发挥综合效能;并且可以采用两个网络中的超分子交联提供协同或正交的动态性。
在本发明的另一个优选实施方式中(第七种网络结构),所述的动态聚合物组分A中含有一个网络,其中仅含有凝胶点以上的动态共价交联,超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物分散在动态共价交联网络中。该网络结构中,动态共价交联可以保持平衡结构,在特定的条件下,动态共价交联也可提供共价动态性;分散在其中的超分子聚合物提供动态性,特别是应变响应性。
在本发明的另一个优选实施方式中(第八种网络结构),所述的动态聚合物组分A中含有一个网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物分散在动态共价交联网络中。该网络结构中,动态共价交联可以保持平衡结构,在特定的条件下,动态共价交联也可提供共价动态性;超分子交联提供动态性,分散在其中的超分子聚合物提供补充动态性,特别是应变响应性。
在本发明的另一个优选实施方式中(第九种网络结构),所述的动态聚合物组分A中含有一个网络,其中仅含有凝胶点以上的动态共价交联,超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物以颗粒状态分散在动态共价交联网络中。该网络结构中,动态共价交联可以保持平衡结构,在特定的条件下,动态共价交联也可提供共价动态性;超分子聚合物颗粒提供填充和动态性,在应变响应时可以获得局部的粘度和强度增加。
在本发明的另一个优选实施方式中(第十种网络结构),所述的动态聚合物组分A中含有一个网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物以颗粒状态分散在动态共价交联网络中。该网络结构中,动态共价交联可以保持平衡结构,在特定的条件下,动态共价交联也可提供共价动态性;超分子交联提供动态性,超分子聚合物颗粒提供填充和补充动态性,并在应变响应时可以获得局部的粘度和强度增加。
在本发明中,还可以有其他多种多样的实施方式。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。
在本发明中,所述的可形成超分子氢键作用的氢键基团包括存在于聚合物链骨架上(包括主链/侧链/支链/分叉链骨架上)的氢键基团(下称“骨架氢键基团”)以及处于聚合物链侧基上的氢键基团(下称“侧基氢键基团”)和聚合物链以及其他化合物末端的氢键基团(下称“端基氢键基团”)。所述的骨架氢键基团,是指该基团中的至少一个原子直接参与构建所述的聚合物链骨架,包括聚合物主链、侧链、支链、分叉链的骨架;所述的侧基氢键基团,是指该基团上的所有原子均在侧基上;所述的端基氢键基团,是指该基团上的所有原子均在端基上。
在本发明的实施方式中,所述的氢键基团可以以骨架氢键基团、侧基氢键基团、端基氢键基团等形式的任意一种或多种的组合存在于所述的动态聚合物组合物中。由于部分氢键不具有方向性和选择性,在特定情况下,不同位置的氢键基团之间可以形成氢键作用,位于相同或不同聚合物分子中相同或不同位置的氢键基团之间均可以相互之间形成氢键作用,还可以与聚合物中的其他成分如可选的其他聚合物分子、填料、小分子等所含有的氢键基团之间形成氢键作用。作为举例,本发明中的氢键作用包括但不限于如:所述侧链和/或侧基中的氢键基团在不同分子间形成链间氢键交联;所述侧链和/或侧基中的氢键基团与所述主链骨架中氢键基团之间形成链间氢键交联;部分所述侧链和/或侧基中的氢键基团之间独立以氢键形成链内环;部分所述主链骨架中的氢键基团之间独立地以氢键形成链内环;部分所述侧链和/或侧基中的氢键基团共同作用以氢键形成链内环等。需要指出的是,本发明中不排除部分所形成的链内氢键作用既不形成链间作用,也不形成链内环,仅形成包括但不仅限于接枝等作用。
在本发明的实施方式中,氢键基团的位置没有任何限定,可以是任意合适的位置。在本发明的一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有主链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有主链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团和侧链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团和主链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团和主链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团和侧链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧链端基氢键基团和主链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧链端基氢键基团和主链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有主链端基氢键基团和主链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团、侧链端基氢键基团和主链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团、侧链端基氢键基团和主链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团、侧链端基氢键基团和侧链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团、侧链骨架氢键基团和主链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团、侧链骨架氢键基团、侧链端基氢键基团和主链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中仅含有侧基氢键基团、侧链骨架氢键基团、侧链端基氢键基团和主链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物组合物组分A中含有侧基氢键基团、侧链端基氢键基团、侧链骨架氢键基团、主链端基氢键基团和主链骨架氢键基团。但本发明不仅限于此。
由于主链骨架氢键基团一般数量比较有限且不易控制,而所述侧链/侧基氢键基团可以在聚合/交联之前、之后或过程中生成,之前或者之后生成的数量可以比较自由地控制,而且侧链/侧基氢键的自由度更高更容易产生动态性,因此,优选侧链/侧基氢键基团,更优选侧基和侧链端基氢键基团,最优选侧基氢键基团。侧链/侧基氢键基团与链骨架之间的链接结构、长度及其本身的结构包括取代基和侧基等可以进行多样化的调节,从而控制氢键强度、空间位阻、热稳定性、玻璃化转变温度等,进而调控动态性能,赋予聚合物不同的超韧性、自修复、应变响应性、形状记忆等性能。当氢键基团位于具有侧基的侧链,特别是具有多级结构的侧链的侧基时,有利于调整氢键基团的密度,方便控制交联度和交联结构以及动态性和超级韧性等性能。
在本发明的实施方式中,所述的超分子作用中的氢键作用由氢键基团的供体(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)相互作用所形成,其可以是任意齿数。其中,所述的齿数指的是由氢键基团的供体和受体所形成的氢键数量,每个H…Y组合为一齿。在下式中,分别示意说明一齿、二齿和三齿氢键的成键情况。
一齿、二齿和三齿氢键的成键情况可具体举例如下:
在本发明的实施方式中,对氢键的齿数没有限定。氢键的齿数越多,协同效应越大,氢键的强度就越大。如果所形成的氢键的齿数多,则强度大,那么氢键作用的动态性就弱,可以作为结构性氢键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。如果所形成氢键的齿数少,则强度低,氢键作用的动态性就强。本发明中,一种优选的实施方式为选用不超过四齿的氢键提供动态性;另一种优选的实施方式为选用两种或两种以上的氢键基团形成动态性不同的氢键,提供多层次的动态性。
本发明的实施方式中,所述的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,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的氢键基团以便其可以独立地形成氢键作用,其中所述的同时含有氢键供体和受体的氢键基团更优选含有至少一个仲氨基。
其中,当所述的同时含有氢键供体和受体的氢键基团位于主链和/或侧链骨架时,其更优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,表示与聚合物链的连接。
其中,当所述的同时含有氢键供体和受体的氢键基团位于侧基和/或端基时,其更优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,表示与聚合物链的连接,G为端基;与G可以成环或不成环。
其中,X各自独立选自氧原子或硫原子。
G的结构没有特别限制,其各自独立包括但不限于直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。其中,环状结构没有特别限制,可选自脂肪族环、芳香族环、糖环、缩合环,优选脂肪族环。
G的结构各自独立优选为直链结构。
G可以含有杂原子,也可以不含杂原子。
G的碳原子数没有特别限制,各自独立优选为1~20,各自独立更优选为1~10。
G各自独立选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。其中,G中的取代原子或取代基没有特别限制,各自独立选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基。
G各自独立更优选为氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20不饱和脂肪烃基、芳基、芳烃基、C1-20杂烃基、C1-20烃基氧基酰基、C1-20烃基硫基酰基及其任一种的被取代形式。
G各自独立更优选为氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20烯基、芳基、芳烃基、C1-20脂杂烃基、杂芳基、杂芳烃基、C1-20烷氧基酰基、芳基氧基酰基、C1-20烷基硫基酰基、芳基硫基酰基及其任一种的被取代形式。
G各自独立更优选为氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20烯基、芳基、芳烃基、C1-20脂杂烃基、杂芳基、杂芳烃基、C1-20烷氧基羰基、芳基氧基羰基、C1-20烷基硫基羰基、芳基硫基羰基、C1-20烷氧基硫代羰基、芳基氧基硫代羰基、C1-20烷基硫基硫代羰基、芳基硫基硫代羰基及其任一种的被取代形式。
具体地,G各自独立选自包括但不限于氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、烯丙基、丙烯基、乙烯基、苯基、甲基苯基、丁基苯基、苄基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、甲硫基羰基、乙硫基羰基、苯硫基羰基、苄硫基羰基、乙氨基羰基、苄氨基羰基、甲氧基硫代羰基、乙氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、甲硫基硫代羰基、乙硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、取代的C1-20烷基、取代的C1-20烯基、取代的芳基、取代的芳烃基、取代的C1-20脂杂烃基、取代的杂芳基、取代的杂芳烃基、取代的C1-20烷氧基羰基、取代的芳基氧基羰基、取代的C1-20烷基硫基羰基、取代的芳基硫基羰基、取代的C1-20烷氧基硫代羰基、取代的芳基氧基硫代羰基、取代的C1-20烷基硫基硫代羰基、取代的芳基硫基硫代羰基。其中,丁基包括但不限于正丁基、叔丁基。辛基包括但不限于正辛基、2-乙基己基。其中,取代原子或取代基选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基。
G进一步各自独立优选为氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、烯丙基、苄基、三苯甲基、苯基、苄基、甲基苄基、硝基苄基、叔丁基硫基、苄基硫基、2-吡啶基硫基、乙酰基、苯甲酰基、2-吡啶基羰基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、叔丁基氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、甲硫基羰基、乙硫基羰基、叔丁基硫基羰基、苯硫基羰基、苄硫基羰基、乙基硫代羰基、苯基甲硫代羰基、甲氧基硫代羰基、乙氧基硫代羰基、叔丁基氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、甲硫基硫代羰基、乙硫基硫代羰基、叔丁基硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、C1-10卤代烃基、三氟乙酰基、卤代苯基、卤代苄基、硝基苯基、硝基苄基及其任一种的被取代形式。其中,取代原子或取代基优选为氟原子、烷氧基、硝基。
G各自独立更优选氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、苄基、三苯甲基、苯基、苄基、甲基苄基、叔丁基硫基、苄基硫基、2-吡啶基硫基、2-吡啶基羰基、叔丁基氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、叔丁基氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、叔丁基硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、三氟乙酰基。
G各自独立更优选为氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、苄基、三苯甲基、苯基、苄基、甲基苄基、叔丁基硫基、苄基硫基、2-吡啶基硫基。
G各自独立最优选为氢原子、甲基、乙基、正丙基、正丁基。
在本发明的另一种优选的实施方式中,氢键基团优选自氨基甲酸酯基、脲基、硫代氨基甲酸酯基以及以上基团的衍生物等,因其原料丰富,合成简单,适合工业化生产。
作为例子,可以举出如下所述主链和/或侧链骨架上的氢键基团,但本发明不仅限于此:
作为例子,可以举出如下所述侧基和/或端基中的氢键基团,但本发明不仅限于此:
其中,m、n、x为重复基团的数量,可以是固定值,也可以是平均值。m、n取值范围为0和大于等于1的整数;x取值范围为大于等于1的整数。
在本发明的实施方式中,形成氢键作用的氢键基团既可以是不同氢键基团间的互补型组合,也可以是同种氢键基团间的自互补型组合,只要基团间能够形成合适的氢键作用即可。一些氢键基团的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
在本发明中,所述超分子氢键作用可以是在动态聚合物进行动态超分子交联/聚合的过程中生成;也可以是预先生成超分子氢键作用后再进行动态超分子交联/聚合;也可以在动态超分子交联/聚合形成后,在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。
在本发明的实施方式中,除了通过所述动态聚合物中存在的氢键基团之间形成氢键作用外,还可以通过所述氢键基团与作为添加物引入的其他组分上的氢键基团形成氢键作用。此类可以参与形成氢键作用的其他组分包括但不限于小分子、无机材料、金属材料,其中所含的氢键基团可以是任意可以与所述氢键基团形成氢键的基团。此类其他组分之间也可以形成氢键。在本发明中,此类其他氢键基团的含量没有特别限制,优选低于氢键基团总含量的50mol%,更优选低于20mol%,进一步优选低于5mol%。
本发明中用于形成可逆动态交联的可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键基团可以是来自选用的已含有不饱和碳碳双键的聚合物前体,也可以在不含不饱和碳碳双键的聚合物前体的基础上生成或引入。不饱和碳碳双键的生成或引入,可以在共价交联之前、之后或者过程中进行。但由于生成碳碳双键的反应的反应条件通常较为苛刻,因此优选使用已含有碳碳双键的聚合物前体或使用不含有碳碳双键的聚合物前体与含有碳碳双键的试剂反应,达到引入碳碳双键的目的。
其中,已含有不饱和碳碳双键的聚合物前体,作为举例,包括但不限于顺丁橡胶、1,2-丁二烯橡胶、异戊橡胶、聚降冰片烯、氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚氯丁二烯、溴化聚丁二烯、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、不饱和聚酯、不饱和聚醚及其共聚物等。
其中,含有碳碳双键的基团或链段的引入可以采用任意合适的反应,包括但不仅限于以下类型:异氰酸酯与氨基、羟基、巯基、羧基、环氧基的反应,羧酸、酰卤、酸酐、活性酯与氨基、羟基、巯基的反应,丙烯酸酯自由基反应,丙烯酰胺自由基反应,双键自由基反应,环氧基与氨基、羟基、巯基的反应,酚醛反应,叠氮-炔点击反应,四嗪-降冰片烯反应,硅羟基缩合反应;优选异氰酸酯与氨基、羟基、巯基的反应,酰卤、酸酐与氨基、羟基、巯基的反应,丙烯酸酯自由基反应,丙烯酰胺自由基反应,双键自由基反应,环氧与氨基、羟基、巯基的反应。作为举例,可选用的含有碳碳双键的小分子试剂包括但不限于以下所举:1,4-丁烯二醇、1,5-二对羟苯基-1,4-戊二烯-3-酮、单蓖麻油酸甘油酯、马来酸、富马酸、反式甲基丁烯二酸(中康酸)、顺式甲基丁烯二酸(柠康酸)、氯代顺丁烯二酸、2-亚甲基丁二酸(衣康酸)、4,4'-二苯乙烯二羧酸、1,5-二对羟苯基-1,4-戊二烯-3-酮、富马酰氯、1,4-亚苯基二丙烯酰氯、柠康酸酐、马来酸酐、富马酸二甲酯、富马酸单乙酯、富马酸二乙酯、柠康酸二甲酯、1,4-二氯-2-丁烯、1,4-二溴-2-丁烯等,还可以选用端基功能化的链骨架上含有碳碳双键的低聚物。
其中,碳碳双键的生成,可以采用任意合适的方法,包括但不仅限于以下化学反应类型:醇失水反应、卤代烃失卤化氢反应、二卤代烃失卤素反应、Hofmann消除反应、氧化胺热裂反应、酯热裂反应、黄原酸酯热裂反应、Wittig反应和Wittig-Horner反应、烯烃的非环复分解聚合反应(ADMET)、环烯开环聚合反应等。其中,优选反应温度不高于200℃的反应。
本发明中用于形成超分子作用的氢键基团的生成或引入,可以在动态共价交联之前、之后或者过程中进行。优选在动态共价交联之前或者过程中进行,更优选在动态共价交联之前进行。因为动态共价交联之后进行的话,一般必须将有关试剂通过溶胀的方式加入,工艺复杂且效果差。
本发明的实施方式中,氢键基团的生成或引入可以采用任意合适的反应,包括但不仅限于以下类型:异氰酸酯与氨基、羟基、巯基、羧基的反应,丙烯酸酯自由基反应,双键自由基反应,双键环化反应,环氧与氨基、羟基、巯基的反应,叠氮-炔点击反应,巯基-双键/炔点击反应,尿素-胺的反应,酰胺化反应,四嗪-降冰片烯反应,活性酯与氨基、羟基、巯基的反应,硅羟基缩合反应;优选异氰酸酯与氨基、羟基、巯基的反应,尿素-胺的反应,酰胺化反应,活性酯与氨基、羟基、巯基的反应。在任何一个网络结构中,氢键基团可以有一个或其以上的反应类型、反应手段和结构。
在本发明的实施方式中,用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的成分可以是小分子和/或聚合物链段。其中所述的聚合物链段,包括但不仅限于主链为碳链结构、碳杂链结构、碳元素链结构、元素链结构、元素杂链结构、碳杂元素链结构的聚合物链段。所述的碳链结构为主链骨架仅含有碳原子的结构;所述的碳杂链结构为主链骨架同时含有碳原子和任一种或任几种杂原子的结构,其中所述杂原子包括但不仅限于硫、氧、氮;所述的碳元素链结构为主链骨架同时含有碳原子和任一种或任几种元素原子的结构,其中元素原子包括但不仅限于硅、硼、铝;所述的元素链结构为主链骨架仅含有元素原子的结构;所述的元素杂链结构为主链骨架同时且仅含有至少一种杂原子和至少一种元素原子的结构;所述的碳杂元素链结构为主链骨架同时包含碳原子、杂原子和元素原子的结构。在本发明的一个实施方式中,优选所述的聚合物链段为主链为碳链结构和碳杂链结构的聚合物链段,因其结构丰富、性能优异。作为举例,优选的碳链和碳杂链聚合物链段包括但不仅限于如丙烯酸酯类聚合物、饱和烯烃类聚合物、不饱和烯烃类聚合物、聚苯乙烯类聚合物、含卤素的烯烃类聚合物、聚丙烯腈类聚合物、聚乙烯醇类聚合物、聚(2-唑啉)类聚合物、聚醚类聚合物、聚酯类聚合物、生物聚酯类聚合物、聚碳酸酯类聚合物、聚氨酯类聚合物、聚脲类聚合物、聚酰胺类聚合物、聚胺类聚合物、液晶类聚合物、环氧类聚合物、聚硫醚类聚合物等的均聚物、共聚物、改性物、衍生物等。在本发明的另一个实施方式中,优选所述的聚合物链段为元素杂链结构,作为例子,如各类聚有机硅聚合物。作为举例,优选的聚合物链段包括但不仅限于丙烯酸酯类聚合物、饱和烯烃类聚合物、不饱和烯烃类聚合物、含卤素的烯烃类聚合物、聚(2-唑啉)类聚合物、聚醚类聚合物、聚酯类聚合物、生物聚酯类聚合物、聚氨酯类聚合物、聚脲类聚合物、聚硫醚类聚合物、有机硅类聚合物等的均聚物、共聚物、改性物、衍生物等。具体地,本发明优选的聚合物链段包括但不仅限于聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚环辛烯、聚降冰片烯、聚异戊二烯、聚氯乙烯、聚(2-唑啉)、聚乙二醇、聚丙二醇、聚己内酯、聚β-羟基丁酸酯、聚氨酯、聚脲、聚硫醚、聚有机基硅氧烷等的均聚物、共聚物、改性物、衍生物等。
在本发明的另一个实施方式中,优选所述的用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的聚合物链段的玻璃化转变温度不高于25℃,更优选不高于0℃,在反应前在室温下体现为柔性,方便在常温下进行后续产物的加工制备,方便获得柔性和粘性的产物,也便于通过增加交联密度或使用其他添加物来调节材料基体的软硬度,作为基体有利于体现超分子氢键的动态性。在本发明的另一个实施方式中,优选所述的聚合物链段的玻璃化转变温度高于25℃但低于40℃,有利于引入温度敏感性、适中的弹性和动态性等特性。在本发明的另一个实施方式中,优选所述的聚合物链段的玻璃化转变温度不低于40℃,更优选不低于100℃,有利于引入形状记忆性、高温尺寸稳定性、低温和常温硬度等特性。在本发明的另一个实施方式中,优选所述的聚合物链段中至少一种为玻璃化转变温度不高于25℃的聚合物链段,且至少一种为玻璃化转变温度不低于100℃的聚合物链段,便于同时获得低温和高温下的各种特性。
在本发明的实施方式中,用于连接动态共价键和动态共价键、动态共价键和氢键基团、氢键基团和氢键基团的小分子和/或聚合物链段和/或动态聚合物的可以具有任意合适的拓扑结构,包括但不仅限于直链结构、支化结构(包括但不限于星状、H型、树枝状、梳状、超支化)、环状结构(包括但不限于单环、多环、桥环、索环、轮环)、二维/三维团簇结构及其两种或任几种的组合;其中,优选便于合成与控制结构的直链结构、结构丰富的支化结构和可以局部增强的二维/三维团簇结构,更优选直链结构和支化结构。需要指出的是,在本发明中,甚至不排除使用交联的聚合物颗粒进行进一步聚合/交联等反应和连接。
本发明中所选用的上述各类聚合物及其链段,即同时含有动态共价键又有氢键基团的聚合物及其链段、既不含有动态共价键又不含有氢键基团的聚合物及其链段、仅含有动态共价键不含氢键基团的聚合物及其链段以及仅含有氢键基团不含动态共价键的聚合物及其链段,其可以直接选用商品化的原料,也可以自行聚合。聚合方法根据所选聚合物的类型包括但不限于缩聚、加聚、和开环聚合;其中,加聚包括但不限于自由基聚合、活性自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等。其中,聚合过程可以在溶剂中进行,也可以是无溶剂的本体聚合。具体地,作为举例,本发明可选用的聚合方法包括但不限于:苯乙烯类、(甲基)丙烯酸酯类单体的热引发普通自由基聚合,苯乙烯类、(甲基)丙烯酸酯类单体的光引发自由基聚合,氯乙烯单体的引发转移终止剂法自由基聚合,苯乙烯类、(甲基)丙烯酸酯类单体的原子转移自由基聚合(ATRP),苯乙烯类、(甲基)丙烯酸酯类、丙烯腈类单体可逆加成-断裂转移自由基聚合(RAFT),氮氧稳定自由基聚合(NMP),乙烯、丙烯配位聚合,苯乙烯类单体的阴离子聚合,内酯开环聚合,内酰胺开环聚合,环氧开环聚合,二元酸和二元醇之间的缩聚,二元酸和二元胺之间的缩聚,二元硫醇和二元烯/炔之间的点击反应聚合,二元叠氮和二元炔之间的点击反应聚合,2-唑啉衍生物的开环聚合,聚氨酯/聚脲反应等。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,以得到本发明的动态聚合物。
对于聚合物的交联机理,可为加成交联或缩合交联。其中,加成交联是指通过加成形式而进行的交联聚合反应,通常是由含多官能团的分子链通过分子间官能团的加成反应而形成交联产物,没有副产物产生。缩合交联是指通过缩合形式而进行的交联反应,通常是由含有多官能团的分子链通过分子间官能团缩合反应而形成交联产物,有副产物产生。
在本发明的实施方式中,交联可以采用任意合适的物理和化学交联工艺。物理交联工艺包括但不限于热引发交联、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;化学交联工艺包括但不限于过氧化物交联、亲核试剂取代交联、异氰酸酯反应交联、环氧反应交联、丙烯酸酯反应交联等。交联过程可以以本体、溶液、乳液等形式进行。当采用本体形式,方便直接获得固体终产物;当采用溶液形式,方便直接获得凝胶;当采用乳液方式,方便获得分散的但具有自粘性的颗粒。需要指出的是,任何交联必须保证所述碳碳双键的完全或不完全解离可以导致共价交联网络的解体。
上述的聚合方法、交联方法和聚合、交联过程所需的引发剂、催化剂、交联剂、其他助剂以及反应条件等都是公开已知的常规技术(如潘祖仁主编,《高分子化学(增强版)》),本领域内技术人员可以根据需要进行合理选择和组合。
以下针对本发明的网络结构的部分制备方法的实施方式进行举例说明。
例如,本发明的第二种网络结构可通过下述方法制备:将含有可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键基团(下述结构式中记为Vm)的双羧基单体和带有骨架氢键基团(下述结构式中记为RH,RH包含至少一种符合通式(4)所述的结构)的双羟基单体以及带有侧基氢键基团RH的多羟基交联剂,可以聚合/交联形成本发明中的第一种网络结构。通过控制单体和交联剂的配方比例,可以调节网络中动态共价键与氢键基团的含量与比例,使网络中的共价交联达到共价凝胶点以上。
又如,本发明的第二种网络结构也可通过自由基聚合反应实现:将末端带有侧基氢键基团RH的丙烯酸酯和带有可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键基团Vm的双丙烯酸酯通过烯烃的自由基聚合反应,可以得到本发明中的第二种网络结构。通过控制单烯烃、双烯烃的配方比例以及选择性使用的不含氢键基团的单烯烃的用量,可以调节网络中动态共价键与氢键基团的含量与比例,使网络中的共价交联达到共价凝胶点以上。
再如,本发明的第二种网络结构也可通过先进行部分含有氢键基团的非环二烯烃易位聚合反应,再进行交联得到本发明中的第二种网络结构。通过控制含有或不含有氢键基团的非环二烯烃的配方比例以及交联剂的用量,可以调节网络中动态共价键与氢键基团的含量与比例,使网络中的共价交联达到共价凝胶点以上。
本发明中的其他网络结构的实施方式与此类似,本领域技术人员可以根据对本发明的理解,选择合适的制备手段,达到理想的目的。
本发明的动态聚合物组合物组分A,除网络结构可以有且只有一个聚合物网络外,其他的网络结构可以基于两个或其以上网络的多网络结构。除普通的共混分散外,更优选的是由两个或两个以上聚合物网络相互贯穿缠结形成的互穿网络。互穿网络聚合物结构由于网络组分间的协同和或正交作用使其性能明显优于其组分的单网络聚合物,产生比单一网络更高的韧性等力学性能,特别是基于本发明的设计思路引入氢键交联的情况下。
在本发明中,根据组成互穿网络中聚合物组分交联情况可将其分为两类,半互穿和全互穿。在半互穿中只有一种组分是共价交联的,另一组份以非共价交联分子链形式穿插缠结在共价交联组分中。如果忽略网络间可能存在的超分子交联的话,本发明的第七种网络结构和第八种网络结构即可视为半互穿网络,本发明的第五种网络结构和第六种网络结构即可视为全互穿网络。
传统的互穿网络聚合物制备方法通常包括一步法互穿和两步法互穿。一步法即一次性将所有成分加入,然后进行聚合/交联,制备目标网络。两步法即先制备第1网络聚合物,紧接着将其浸泡在形成第2网络的单体/预聚物溶液中,然后引发聚合/交联得到目标杂化网络。本发明中的具有杂化交联网络的动态聚合物的制备也可以采用一步法互穿和两步法互穿,在特定情况下还必须采用三步及其以上的方法。
以下针对本发明的互穿网络聚合物的部分制备方法的实施方式进行举例说明。以下所举仅作为例子,并非限定本发明的范围,本发明不限于下列所举。
例如,在本发明的第五种网络结构中,所述动态聚合物由两个网络构成。首先,制备一种不存在氢键基团,但聚合物链骨架上存在可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键基团的聚合物动态共交联网络。然后,将所得动态共价网络溶胀,与超分子交联网络的单体或预聚物、交联剂等混合均匀,进行超分子交联,从而得到全互穿网络聚合物,也即超分子网络分散贯穿于动态共价交联中。或者,将动态共价交联网络的单体或预聚物、交联剂与超分子交联网络的单体或预聚物、交联剂等混合均匀,同时进行动态共价交联和超分子交联,即得到本发明的第五种网络结构。
又如,在本发明的第八种网络结构中,首先,合理选择前述方法制备同时含有动态共价交联和超分子交联的具有第二种网络结构的交联网络。然后,将所得的交联网络与超分子聚合物充分共混,即得到半互穿网络聚合物。或者,将具有第一种网络结构的杂化交联网络的单体或预聚物、交联剂与超分子聚合物混合均匀,并进行动态共价交联,即得到本发明的第八种网络结构。
下面,对本发明中的动态聚合物组合物组分B催化剂或其复合物进行详细说明。
在本发明的实施方式中,所述的烯烃交叉易位复分解反应在基于钌、钼、钨、钛、钯、镍等金属催化剂的催化下进行,包括但不仅限于例如文献《Recent Advances in HighOxidation State Mo and W Imido Alkylidene Chemistry》,Richard R.Schrock,Chem.Rev.2009,109,3211-3226,文献《Ruthenium-Based Heterocyclic Carbene-Coordinated Olefin Metathesis Catalysts》,Georgios C.Vougioukalakis and RobertH.Grubbs,Chem.Rev.2010,110,1746-1787,文献《Olefin Metathesis in AqueousMedia》,Jasmine Tomasekand Jürgen Schatz,Green Chemistry,2013,15,2317-2338,文献《Remote Control Grubbs Catalysts That Modulate Ring-Opening MetathesisPolymerizations》,Aaron J.Teator and ChristopherW.Bielawski,2017,55,2949-2960,书《Olefin Metathesis:Theory and Practice》2014 JohnWiley&Sons,Inc.,专利CN201210067234.9中所公开的适用于本发明的催化剂。所选用的催化剂既可以单独使用,也可以两种或两种以上配合使用;可以直接分散在动态聚合物组合物组分A中使用,也可以以含有催化剂的复合物的形式使用,例如但不限于通过物理或化学方法包覆或加载于有机、无机、聚合物载体上使用,以及和其他在自修复条件下(如合适的温度、压力等)具有低粘度高流动性的组分一起包覆在微胶囊或微导管中使用等;还可以是催化剂的非活性形式,其可以在如热、酸碱、光照、自由基等适当外界刺激下转换为具有活性的催化剂。当所选用的催化剂单独使用时需与动态聚合物组合物组分A和选择性存在的各类助剂填料中存在的各类基团相容。合理选择催化剂载体可以增强催化剂或其复合物在动态聚合物组合物组分A中的分散性,减小催化剂团簇的粒径,从而提高催化效率、降低催化剂用量和降低成本。合理选择包覆材料还可以避免催化剂在组合物制备过程中或工作过程中失活。
本发明可选用的催化剂或其非活性形式的实例包括但不限于以下所举:
其中,PCy3为Mes为Ph为苯基,Et为乙基,i-Pr为异丙基,t-Bu为叔丁基,PEG为聚乙二醇。
其中,组分B优选基于钌、钼、钨的催化剂,更优选催化效率更高和对空气、水不敏感的钌催化剂,特别是已经商品化的催化剂如Grubbs一代、二代、三代催化剂,Hoveyda-Grubbs一代、二代催化剂,詹氏催化剂(詹氏催化剂为在专利CN201210067234.9中公开的催化剂)等。本发明中组分B的另一种优选是在常态下没有催化活性但在紫外照射下具有催化活性的催化剂,作为举例其包括但不仅限于催化剂64-66等。
需要特别指出的是,当选用催化剂时,需注意其与动态聚合物组合物组分A中各官能团之间的相容性问题,需选用合适的催化剂避免其失效。例如,由于氨基会与部分催化剂形成螯合物,导致催化剂失效,因此当聚合物中含有氨基时,需使用基于Mo的催化剂,或加入硼基路易斯酸避免这种效应,提高催化效率;又如,当动态聚合物组合物组分A中存在腈基时,应避免使用Grubbs一代催化剂,而选用其他的催化剂。
在本发明的实施方式中,含有催化剂的复合物的制备方法没有特别的限制,采用本领域通常已知的方法。
作为举例,本发明中制备含有催化剂的复合物的一种优选实施方式为将催化剂包覆在有机载体中。可选用的有机载体没有特别的限制,作为例子可选自但不限于石蜡、聚乙二醇等,将催化剂包覆在有机载体中的方法为已知公开的技术手段,本发明选用通常的制备方法。例如,以石蜡为有机载体包覆催化剂的一种优选的制备方法为:将所选用的催化剂、石蜡和表面活性剂在石蜡熔融状态下充分共混,将共混物倒入以一定转速搅拌且温度高于石蜡熔点的水中;搅拌至共混液体达到稳定状态后,加入冰水使水温迅速冷却至石蜡熔点以下;停止搅拌,过滤,得到石蜡包覆的催化剂复合物。
本发明中制备含有催化剂的复合物的另一种优选实施方式为将所选用的催化剂通过物理吸附或化学反应加载在有机或无机载体上。可选用的载体没有特别的限制,作为例子可选自但不限于聚苯乙烯树脂颗粒、磁性纳米粒子、硅胶颗粒、分子筛、其他介孔材料等,将催化剂加载在无机载体上的方法为已知公开的技术手段,例如,Zhu Yinghuai等在《Magnetic Nanoparticle Supported Second Generation Hoveyda-Grubbs Catalystfor Metathesis of Unsaturated Fatty Acid Esters》,Adv.Synth.Catal.2009,351,2650-2656中公开了将Hoveyda-Grubbs二代催化剂通过化学手段加载在磁性纳米粒子上并应用于烯烃复分解反应的方法;又如,Yang H.等在《Hoveyda-Grubbs Catalyst Confinedin the Nanocages of SBA-1:Enhanced Recyclability for Olefin Metathesis》,Chem.Commun.2010,46,8659-8661中公开了将催化剂吸附在分子筛中并应用于烯烃复分解的方法。本发明选用通常的制备方法。
本发明中制备含有催化剂的复合物的另一种优选实施方式为将催化剂和其他选择性存在的助剂包覆在以聚合物为壳的微胶囊中。其中,作为微胶囊外壁的聚合物没有特别的限制,作为例子但不限于下列所举:天然高分子如阿拉伯胶、海藻酸钠、琼脂等,半合成高分子如纤维素衍生物,合成高分子如聚烯烃、聚酯、聚醚、聚氨酯、聚脲、聚脲醛、聚酰胺、聚乙烯醇、聚硅氧烷等。将催化剂包覆在以聚合物为壳的微胶囊中的方法为已知公开的技术手段,例如,S.H.Cho等在《Polydimethylsiloxane-Based Self-Healing Materials》Adv.Mater.2006,18,997-1000中公开了制备聚氨酯微胶囊的方法;又如,E.N.Brown等在《Insitu poly(urea-formaldehyde)Microencapsulation of Dicyclopentadiene》J.Microencapsulation 2003,20,719-730中公开了制备脲醛微胶囊的方法。本发明选用通常的制备方法。
下面,对本发明中动态聚合物组合物的混合方式、存在形式、其他可选择性存在的成分等进行详细的说明。
在本发明的实施方式中,可运用本领域已知的任意合适的材料混合方式将动态聚合物组合物组分A(或组分A中的各物料)和组分B(或组分B中的各物料)通过混合制备动态聚合物组合物,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组合物进行成型。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。
本发明的实施方式中,利用溶液搅拌混合和熔融搅拌混合,主要以以下两种方式进行:(1)将反应物料在反应器中直接搅拌混合或加热熔融后搅拌混合反应,此种方式一般在反应物料为液体或熔点较低的固体,或反应物料较难找到共同溶剂的情况下使用;(2)将反应物料溶解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,此种方式一般在反应物料为熔点较高或没有固定熔点的固体的情况下使用。混合温度没有特别限制,通常在0-200℃,优选25-120℃,更优选25-80℃,混合搅拌时间没有特别限制,优选控制在1分钟至12小时,更优选10-120分钟。将混合搅拌后得到的产物浇注到合适的模具中,在合适的温度条件下,优选在0-150℃,更优选25-80℃温度条件下,放置一定的时间,优选0-48小时即可得到组合物样品,此过程中根据需要可除去溶剂。
上述制备方法中所用到的溶剂,必须能够同时或者分别溶解反应物料,并且溶解有两类化合物的溶剂必须能够互溶,反应物料在混合溶剂中不析出,所用的溶剂包括但不仅限于以下任一种或任几种溶剂的混合溶剂:去离子水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、丁酮、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、乙酸乙酯、乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃(THF)、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、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、三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲液、柠檬酸缓冲液、乙酸缓冲溶液、磷酸缓冲溶液、硼酸缓冲溶液等;优选去离子水、乙醇、甲苯、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、DMF、磷酸缓冲溶液。
本发明的实施方式中,利用熔融挤出混合制备动态聚合物组合物的具体制备方法,通常是将一定量的反应物料加入到挤出机中进行挤出共混反应,挤出温度没有特别限制,通常为0-280℃,优选25-150℃,更优选50-100℃。反应产物可直接流延成型后裁成合适尺寸,或者利用注塑机或者模压机进行制样。注塑温度没有特别限制,通常为0-280℃,优选25-150℃,更优选50-100℃;模压温度没有特别限制,通常为0-280℃,优选25-150℃,更优选50-100℃,模压时间没有特别限制,通常为0.5-60min,优选1-10min。将样条置于合适的模具中,在25-150℃,优选50-80℃温度条件下,放置0-24h,得到最终的聚合物样品。
在本发明的实施方式中,所述的动态聚合物组合物中,组分A的质量占组分A、B质量之和的比值的范围为90-99.99%,组分B的质量占组分A、B质量之和的比值的范围为0.01-10%,组合物中还可以含有其他组分。
在本发明中,所述的动态聚合物组合物的形态可以是普通固体、弹性体、凝胶、泡沫等。其中,普通固体、弹性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%。普通固体力学性能佳,弹性体力学性能适中但具备普通固体所没有的柔韧性,制备方法也最简便,因此较为优选。泡沫由于质轻并且硬度和可弯折性可调,而且用途广;加上泡沫本身具有一定的缓冲性能,在本发明中可以获得吸能性能的协同提升,因此也较为优选。在本发明的实施方式中,在动态聚合物组合物中可以引入溶胀剂,制备动态聚合物组合物凝胶。凝胶产品柔软性和可弯折性都好,并且通过结构和配方调整可以具有一定的韧性,因为存在溶胀剂,可以融入许多其他形态的材料所没有的有益组成成分,具有特殊的吸能用途。其中,所述的溶胀剂可以包括但不限于有机溶剂、离子液体、齐聚物、增塑剂、水。
本发明所提供的一种动态聚合物组合物凝胶,包括有机溶剂凝胶、离子液体凝胶、齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、水凝胶。其中,优选离子液体凝胶和增塑剂溶胀凝胶。当动态聚合物组合物以不同的存在形式存在时,特别是以水凝胶和离子凝胶的形式存在时需使用相适应的组分B。
本发明的一种动态聚合物组合物离子液体凝胶的优选制备方法包括但不限于如下步骤:将制备动态聚合物组合物组分A、B的各原料以及其他原料加入到离子液体中,使所制备的动态聚合物组合物组分A、B的质量分数之和为0.5~70%,通过所述合适手段进行聚合、偶合、交联或其他类型的化学反应,反应结束后,即制成一种动态聚合物组合物离子液体凝胶。本发明的另一种动态聚合物组合物离子液体凝胶的优选制备方法包括但不限于如下步骤:将所述的动态聚合物组合物组分A、B和以及其他原料溶胀于离子液体或含离子液体的溶剂中,使所述动态聚合物组合物组分A、B的质量分数之和为0.5~70%,充分溶胀后除去多余的离子液体和选择性使用的溶剂,即制成一种动态聚合物离子液体凝胶。当选择离子液体和催化剂组分B时,应避免阳、阴离子导致催化剂或其复合物组分B分解失活。作为举例,优选的离子液体和催化剂组分B的组合包括但不限于:1-丁基-2,3-二甲基咪唑/四氟硼酸根离子/催化剂33,1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基/含氟磺酰亚胺离子/催化剂35,1-丁基-3-甲基咪唑/六氟磷酸根离子/催化剂36等。
本发明的一种动态聚合物组合物齐聚物溶胀凝胶的优选制备方法包括但不仅限于如下步骤:将制备动态聚合物组合物组分A、B的各原料以及其他原料和齐聚物共混,使所制备的动态聚合物组合物组分A、B的质量分数之和为0.5~70%,通过所述合适手段进行聚合、偶合、交联或其他类型的化学反应,反应结束后,即制成一种动态聚合物组合物齐聚物溶胀凝胶。本发明的另一种动态聚合物组合物齐聚物溶胀凝胶的优选制备方法包括但不限于如下步骤:将所述的动态聚合物组合物组分A、B以及其他原料溶胀于含有齐聚物的溶剂中,使所述动态聚合物组合物组分A、B的质量分数之和为0.5~70%,充分溶胀后除溶剂,即制成一种动态聚合物组合物齐聚物溶胀凝胶。
本发明的一种动态聚合物组合物增塑剂溶胀凝胶的优选制备方法包括但不仅限于如下如下步骤:将制备动态聚合物组合物组分A、B的各原料以及其他原料加入到增塑剂中,使所制备的动态聚合物组合物组分A、B的质量分数之和为0.5~70%,通过所述合适手段进行聚合、偶合、交联或其他类型的化学反应,反应结束后,即制成一种动态聚合物组合物增塑剂溶胀凝胶。本发明的另一种动态聚合物组合物增塑剂溶胀凝胶的优选制备方法包括但不限于如下步骤:将所述的动态聚合物组合物组分A、B以及其他原料溶胀于含有增塑剂的溶剂中,使所述动态聚合物组合物组分A、B的质量分数之和为0.5~70%,充分溶胀后除溶剂,即制成一种动态聚合物组合物增塑剂溶胀凝胶。
本发明的一种动态聚合物组合物水凝胶的优选制备方法包括但不限于如下步骤:将制备动态聚合物组合物组分A、B的各原料以及其他原料加入到水中,使所制备的所述动态聚合物组合物组分A、B的质量分数之和为0.5~70%,通过所述合适手段进行聚合、偶合、交联或其他类型的化学反应,反应结束后,即制成一种动态聚合物水凝胶。本发明的另一种动态聚合物组合物水凝胶的优选制备方法,包括但不限于如下步骤:将所述的动态聚合物组合物组分A、B以及其他原料充分溶胀于水中,使所述动态聚合物组合物组分A、B的质量分数之和为0.5~70%,除去多余的水,即制成一种动态聚合物组合物水凝胶。当动态聚合物溶胀于水形成水凝胶时,应选用对水不敏感且在水中有足够溶解度的催化剂或其复合物组分B,作为举例,可用于水凝胶的催化剂包括但不限于如催化剂25-32。
在本发明的实施方式中,动态聚合物组合物可制备成发泡材料。其中,泡沫包括柔性泡沫,或者是半柔性、半硬质、微孔或者硬质泡沫。
在本发明的实施方式中,动态聚合物组合物泡沫材料的结构涉及开孔结构、闭孔结构、半开半闭结构等三种。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至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至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。
在本发明的实施方式中,发泡方法为通常的方法,根据所用发泡剂的不同可以分为物理发泡法和化学发泡法两大类。泡沫可以在有水或者无水的条件下制备,可以机械发泡或者非机械发泡。其中,为了避免发泡过程中催化剂或其复合物组分B在高温下失活,优选整个发泡过程温度均不高于110℃的发泡方法。进一步,泡沫的制备可以使用本领域已知的辅助非反应性发泡剂。
本发明一种优选的动态聚合物组合物泡沫的制备方法,包括如下步骤:在制备单一网络动态聚合物泡沫时,先制备两组分反应物料。反应物料一包含生成动态聚合物组分A的所有小分子单体、扩链剂、交联剂等,以及组分B和其他所需的助剂;反应物料二包含发泡剂、泡沫稳定剂、用于催化发泡和/或聚合交联反应的催化剂以及其他所需的助剂。然后将两组分反应物料按照一定比例混合,搅拌,并根据需要进行温度控制,得到发泡的单一网络动态聚合物。按此制备方法制备动态聚合物泡沫的动态聚合物优选为基于聚氨酯、聚脲的聚合物。
本发明另一种优选的动态聚合物组合物泡沫的制备方法为冷冻干燥法,包括如下步骤:将溶胀于易挥发的溶剂的动态聚合物组合物冻结,然后在接近真空条件下以升华的方式逸出溶剂。在溶剂逸出的过程中以及逸出后,聚合物组合物可以维持冷冻前的外形,由此得到多孔海绵状的泡沫材料。
本发明的动态聚合物组合物泡沫制备方法中,当泡沫中含有多个聚合物网络时,多个网络可以同时生成,也可以分开生成。
本发明所提供的动态聚合物组合物泡沫材料还涉及:通过熔接、胶粘、切割、刳刨、穿孔、压印、层压和热成形,将所述动态聚合物组合物泡沫材料转变成为任何的需要形状,例如管、棒、鞘、容器、球、片、卷和带;通过层压、粘合、熔合以及其它的连接技术,将所述动态聚合物组合物泡沫材料与片材、薄膜、泡沫、织物、加强物以及本领域中技术人员已知的其它材料一起结合成为复杂的夹心结构;所述动态聚合物组合物泡沫材料在垫圈或密封中的用途;所述动态聚合物组合物泡沫材料在包装材料或在容器中的用途。关于本发明的动态聚合物组合物,可发泡的动态聚合物组合物是这样一种类型,使得可以通过挤出、注塑、压塑或本领域中的技术人员已知的其它成形技术使它们变形。
本发明所提供的发泡材料有别于普通的泡沫材料,普通的泡沫材料所制备的三维结构一旦定型,结构不能再改变,修复困难,破损后不可回收。而本发明所提供的发泡材料,虽然是交联的聚合物网络,但一定条件下破裂后还可进行修复,或者通过重新塑型或回收再生做他用,其原因在于网络结构中的同时存在氢键作用和动态共价键。本发明所提供的发泡材料解决了普通泡沫材料的重新塑型、可控修复和回收再生的难题。
本发明的动态聚合物组合物材料在制备过程中,在不妨碍本发明目的的范围内,还可以根据情况选择添加或使用其他聚合物、助剂、填料、溶胀剂来共同作为动态聚合物组合物的配方组分,其可以改善材料加工性能、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,但这些添加物并不是必须的。
其中,所述的其他聚合物,其能够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、合成高分子化合物。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,可以为低聚物或高聚物,根据聚合形态的不同,可以为均聚物或共聚物,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。
当所述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:天然橡胶、壳聚糖、甲壳素、天然蛋白质、多糖等。
当所述的其他聚合物选自合成高分子化合物时,其可选自以下任一种或任几种: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、聚丙烯酸酯、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、聚乙二醇、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、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、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、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯、聚异戊二烯、聚顺丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、聚(2-氯-1,3-丁二烯)、异丁烯-异戊二烯共聚物、乙烯-丙烯-1,4-己二烯共聚物、乙烯-丙烯-双环戊二烯共聚物、乙烯-丙烯-乙叉降冰片烯共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚甲基乙烯基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚甲基乙烯基苯基硅氧烷、聚甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物、聚环氧氯丙烷、环氧氯丙烷-环氧乙烷共聚物、环氧氯丙烷-环氧乙烷-环氧丙烷共聚物等。
其中,其他聚合物的类型不限定,主要根据所需求的材料性能而定;所用的其他聚合物的用量没有特别限定,一般为1-50wt%。
其中,所述的助剂可包括但不限于下列一种或几种的组合,如合成助剂,包括催化剂、引发剂;稳定化助剂,包括抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂、分散剂、乳化剂、阻燃剂;改善力学性能的助剂,包括增韧剂、偶联剂;提高加工性能的助剂,包括溶剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、增稠剂、触变剂、流平剂;改变色光的助剂,包括着色剂、荧光增白剂、消光剂;其他助剂,包括抗静电剂、杀菌防霉剂、发泡剂、泡沫稳定剂、成核剂、流变剂等。
所述的助剂中的催化剂,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、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮等;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%。
所述的助剂中的抗氧化剂,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、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,如淀粉、明胶、水溶性胶、卵磷脂、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠、木质素磺酸盐、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%。
所述的助剂中的溶剂,可以调节黏度,便于工艺操作,在产品制备过程或配制中使用。其包括但不仅限于以下任一种或任几种:烃类(如环己烷、庚烷)、卤化烃(如二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷)、芳烃(如甲苯、二甲苯)、酮类(如丙酮、甲基乙基酮)、醚类(如乙醚、四氢呋喃、二氧六环)、酯类(如乙酸乙酯、乙酸丁酯)、二醇醚酯(如乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇单甲醚醋酸酯)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。所用的溶剂用量没有特别限定,一般为1-200wt%。
所述的助剂中的润滑剂,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、聚乙二醇、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,聚乙二醇。所用的脱模剂用量没有特别限定,一般为0.5-2wt%。
所述的助剂中的增塑剂,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、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,一般在本发明的生产和半成品储存过程中使用,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、2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉、钛酸酯偶联剂;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、纤维素类、淀粉类、海藻酸类、聚甲基丙烯酸盐、甲基丙烯酸共聚物、顺酐共聚物、巴豆酸共聚物、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,增稠剂优选羟乙基纤维素、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%。
所述的助剂中的触变剂,加入聚合物体系中,增加聚合物体系的触变性。包括但不仅限于以下任一种或任几种:气相白炭黑、氢化蓖麻油、膨润土、硅酸酐、硅酸衍生物、尿素衍生物等。所用的触变剂用量没有特别限定,一般为0.5-2wt%。
所述的助剂中的流平剂,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:聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、醋酸-丁酸纤维素、聚丙烯酸酯类、有机硅树脂等;其中,流平剂优选聚二甲基硅氧烷、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、烷基酚聚氧乙烯基醚磺酸三乙醇胺、对壬基二苯醚磺酸钾、烷基聚氧乙烯基醚磺酸三乙醇胺、磷酸酯衍生物、磷酸盐、磷酸聚环氧乙烷烷基醚醇酯、烷基双[二(2-羟乙基胺)]磷酸酯、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、N,N-鲸蜡基-乙基吗啉硫酸乙酯盐、硬脂酰胺丙基(2-羟乙基)二甲铵硝酸盐、烷基羟乙基二甲铵高氯酸盐、2-烷基-3,3-二羟乙基咪唑啉高氯酸盐、2-十七烷基-3-羟乙基-4-羧甲基咪唑啉、N,N-双(α-羟乙基)-N-3(十二烷氧基-2-羟丙基)甲铵硫酸甲酯盐;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、烷基二(聚氧乙烯)铵乙内盐氢氧化物、2-烷基-3羟乙基-3-乙酸盐基咪唑啉季胺碱、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、甘油单脂肪酸酯、失水山梨醇单月桂酸酯的聚环氧乙烷加成物;高分子型抗静电剂,如乙二胺的环氧乙烷环氧丙烷加成物、聚乙二醇-对苯二甲酸酯-3,5-二苯甲酸酯磺酸钠共聚物、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、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐(抗静电剂SN)、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%。
所述的助剂中的脱水剂,能除去体系中的水分,其包括但不仅限于以下任一种或任几种:恶唑烷化合物(如3-乙基-2-甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-恶唑烷)、对甲基苯磺酰异氰酸酯、原甲酸三乙酯、乙烯基硅烷、氧化钙等。所用的脱水剂用量没有特别限定,一般为0.1-2wt%。
所述的助剂中的杀菌防霉剂,可抑制细菌的生长,保持制品整洁的外观,延长使用寿命;或者保护使用者、提升使用者的健康,如减少脚气等。其包括有机物和无机物,包括但不仅限于以下任一种或任几种:异噻唑啉酮衍生物,如5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、N-正丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、辛基异噻唑啉酮、2,4,4-三氯-2-羟基-二苯基醚、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、8-羟基喹啉铜或双(8-羟基喹啉基)铜;有机锡化合物,如富马酸三丁基锡、乙酸三丁基锡、双(三丁基锡)硫化物、双(三丁基锡)氧化锡;N,N-二甲基-N’-苯基(氟二氯甲基硫代)磺酰胺;无机化合物或复合物,如纳米银、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、超细铜粉、无机抗菌剂YY-Z50、XT无机抗菌剂、复合抗菌剂KHFS-ZN。所用的杀菌防霉剂用量没有特别限定,一般为0.5-2wt%。
所述的助剂中的发泡剂,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,如二氧化碳、氮气、氩气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、新戊烷、己烷、异戊烷、庚烷、异庚烷、丙酮、苯、甲苯、甲醚、乙醚、石油醚、氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烯、二氯二氟甲烷、三氟氯甲烷、氢氯氟烃-22、氢氯氟烃-142b、氢氟碳化合物-134a、氢氟碳化合物-152a、氯氟烃-11、氯氟烃-12、氯氟烃-114;无机发泡剂,如碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氨钠、叠氮化合物、硼氢化合物等;有机发泡剂,如N,N’-二亚硝基五次甲基四胺、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、3,3’-二磺酰肼二苯砜、1,3-苯二黄酰肼、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、重氮氨基苯;物理型微球/颗粒发泡剂,如阿克苏诺贝尔等公司生产的可发泡微球。其中,发泡剂优选环保无害的二氧化碳、氮气、氩气,以及碳酸氢钠、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%。
所述的助剂中的助发泡剂,其包括但不仅限于发泡促进剂、发泡抑制剂、泡沫稳定剂等。所述的发泡促进剂,其包括但不仅限于以下任一种或任几种: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、ZB-530、KZ-110、MS-1;所述的发泡抑制剂,其包括但不仅限于以下任一种或任几种: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;所述的泡沫稳定剂,其包括但不仅限于以下任一种或任几种::硅油、磺化脂肪醇、磺化脂肪酸、月桂基硫酸钠、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚氧化乙烯、烷基芳基聚氧化乙烯醇、十三烷基醚、聚氧化乙烯山梨糖醇酐甘油月桂酸酯、硅氧烷-乙烯氧化物的嵌段共聚物等。所用的助发泡剂用量没有特别限定,一般为0.05-10wt%。
所述的助剂中的成核剂,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、氢化蓖麻油/酰胺蜡、异氰酸酯衍生物、丙烯酸乳液、丙烯酸共聚物、聚乙烯蜡、纤维素酯等;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%。
所述的填料,其在聚合物样品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、富勒烯、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、氮化铝粉、氮化硼粉、蛭石、铁泥、白泥、碱泥、硼泥、玻璃微珠、树脂微珠、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、碳化硅纤维、陶瓷纤维、晶须等。在本发明的一个实施方式中,优选具有导电性的无机非金属填料,包括但不仅限于石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维,方便获得导电性和/或具有电热功能的复合材料。在本发明的另一个实施方式中,优选具有在红外和/或近红外光作用下具有发热功能的非金属填料,包括但不仅限于石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管,方便获得可利用红外和/或近红外光进行加热的复合材料。良好的发热性能,特别是遥控性的发热性能,有利于获得可控的形状记忆、自修复等性能。在本发明的另一个实施方式中,优选具有导热性的无机非金属填料,包括但不仅限于石墨、石墨烯、碳纳米管、氮化铝、氮化硼、碳化硅,方便获得导热功能的复合材料。
所述的金属填料,包括金属化合物,包括但不仅限于以下任一种或任几种:金属粉末、纤维,其包括但不仅限于铜、银、镍、铁、金等及其合金的粉末、纤维;纳米金属颗粒,其包括但不仅限于纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米钯颗粒、纳米铁颗粒、纳米钴颗粒、纳米镍颗粒、纳米Fe3O4颗粒、纳米γ-Fe2O3颗粒、纳米MgFe2O4颗粒、纳米MnFe2O4颗粒、纳米CoFe2O4颗粒、纳米CoPt3颗粒、纳米FePt颗粒、纳米FePd颗粒、镍铁双金属磁性纳米颗粒以及其他在红外、近红外、紫外、电磁至少一种作用下可以发热的纳米金属颗粒等;液态金属,其包括但不仅限于汞、镓、镓铟液态合金、镓铟锡液态合金、其它镓基液态金属合金;金属有机化合物分子、晶体以及其他在红外、近红外、紫外、电磁至少一种作用下可以发热的物质等。在本发明的一个实施方式中,优选可以进行电磁和/或近红外加热的填料,包括但不仅限于纳米金、纳米银、纳米钯、纳米Fe3O4,以便进行遥感加热。在本发明的另一个实施方式中,优选液态金属填料,可以在增强柔性基材的导热、导电性能的同时保持基材的柔性和延展性。在本发明的另一个实施方式中,优选在红外、近红外、紫外、电磁至少一种作用下可以发热的有机金属化合物分子、晶体,一方面方便复合,另一面提高诱导发热的效率和提升发热效果。
所述的有机填料,包括但不仅限于以下任一种或任几种:①天然有机填料,如天然橡胶、棉花、棉绒、麻、黄麻、亚麻、石棉、纤维素、醋酸纤维素、木质素、淀粉、木粉等;②合成树脂填料,如丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙酸纤维素、聚三氟氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、环氧树脂、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、高密度聚乙烯、高抗冲聚苯乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚芳砜、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇、聚酯、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、酚醛树脂、四氟乙烯-全氟丙烷共聚物、聚酰亚胺、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚丙烯、聚苯硫醚、聚苯砜、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚偏氯乙烯、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯吡咯烷酮、脲醛树脂、超高分子量聚乙烯、不饱和聚酯、聚醚醚酮等;③合成橡胶填料,如异戊橡胶、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;④合成纤维填料,如黏胶纤维、铜氨纤维、二乙酯纤维、三乙酯纤维、聚酰胺纤维、聚碳酸酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚氯乙烯纤维、聚烯烃纤维、含氟纤维、聚四氟乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、芳酰胺纤维或芳纶纤维等;⑤发泡聚合物颗粒和可发泡聚合物颗粒。
其中,填料类型不限定,主要根据所需求的材料性能而定。所用的填料用量没有特别限定,一般为1-30wt%。
其中,所述的溶胀剂可包括但不限于水、有机溶剂、离子液体、齐聚物、增塑剂。其中,齐聚物也可以视为增塑剂。
所述的溶胀剂中的有机溶剂,作为举例,其选自包括但不限于以下任一种或任几种:烃类(如环己烷、庚烷)、卤化烃(如二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷)、芳烃(如甲苯、二甲苯)、酮类(如丙酮、甲基乙基酮)、醚类(如乙醚、四氢呋喃、二氧六环)、酯类(如乙酸乙酯、乙酸丁酯)、二醇醚酯(如乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇单甲醚醋酸酯)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。
所述的溶胀剂中的离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子组成,作为举例,阳离子选自包括但不限于烷基季铵离子、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;阴离子选自包括但不限于为卤素离子、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。本发明所使用的离子液体中,阳离子优选咪唑阳离子,阴离子优选六氟磷酸根离子和四氟硼酸根离子。
所述的溶胀剂中的齐聚物,作为举例,其选自包括但不限于以下任一种或任几种:聚乙二醇齐聚物、聚乙烯醇齐聚物、聚醋酸乙烯酯齐聚物、聚丙烯酸正丁酯齐聚物、液体石蜡等。
所述的溶胀剂中的增塑剂,作为举例,其选自包括但不限于以下任一种或任几种:苯二甲酸酯类:邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、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(TCP)、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、环氧化大豆油、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DBP、DOP、DIOP、DIDP、DINP、TCP、环氧化大豆油。其中,环氧化大豆油是一种性能优良的环保型塑料增塑剂,经精炼大豆油与过氧化物发生环氧化反应制备,在聚合物制品中耐挥发、不易迁移、不易散失,这对保持制品光、热稳定性和延长使用寿命是十分有益的。环氧化大豆油毒性极小,已被许多国家允许用于食品及医药的包装材料,是美国食品药品管理局批准的唯一可用于食品包装材料的环氧类增塑剂,因此更为优选。
在动态聚合物组合物的制备过程中,对动态聚合物组合物各组分原料的用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。
本发明所提供的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,当所述动态聚合物组合物中不含有超分子氢键用于吸能时,优选将动态聚合物组合物制备成弹性体、凝胶或泡沫材料进行吸能;当所述动态聚合物组合物中含有超分子氢键用于吸能时,可以是聚合物纤维、薄膜、型材、弹性体、泡沫、凝胶等多种形态。当动态聚合物组合物中引入超分子氢键作用后,将网络结构中的动态共价键和超分子氢键相结合,利用超分子氢键的动态性,在受冲击时具有应变响应性并产生交联度的变化,出现柔性和强弹性的转变,起到有效分散冲击力的作用;此外超分子氢键具有较弱的键能,冲击足够大时,氢键能够以可牺牲键形式解离而耗散能量;所以能够大大提高动态聚合物组合物的阻尼、减震、隔音、消声、抗冲击防护等性能,从而以本发明的材料进行吸能的方法在生活、生产、运动、休闲、娱乐、军事、警务、安保、医护等领域有着更为广泛的吸能用途。例如,可将动态聚合物组合物材料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,其在受到振动时,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;制备成弹性体、泡沫和凝胶材料,从而可应用于空降和空投防护、车辆防撞、电子电器物品和精密机械仪器的抗冲击和减振防护等方面,或制成运动防护制品、冲击防护制品、护具等用于对人体、动物体、物品等在日常生活、生产和运动中进行抗冲击防护,或用于军警用防护材料等方面;制备成防爆帐篷、毯、墙、防弹玻璃夹层胶、夹层板材等,对物品进行防爆保护,减少物品或人体在包括爆炸产生的冲击波等外力作用下所受到的震动和冲击;此外,还可以设计出具有形状记忆功能的吸能材料,应用于特定场合,制备出个性化定制的吸能用品。以此动态聚合物组合物作为吸能材料,当吸能过程导致材料内部出现裂纹或断裂后,利用其共价和/或超分子动态性,可以进行原位自修复后再循环使用,也便于回收和再加工。
下面结合一些具体实施方式对本发明所述的基于动态聚合物组合物的组合吸能方法做进一步描述。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
制备一种基于不饱和聚酯的动态聚合物组合物普通固体用于吸能。
将2-氯环己酮溶于二氯甲烷,加入间氯过氧苯甲酸,保持2-氯环己酮与间氯过氧苯甲酸的摩尔比为10:12,反应得到α-氯-ε-己内酯1a。无水条件下,将1摩尔当量1a溶于甲苯,加入1.3摩尔当量1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯,在80℃下反应16小时,将粗产物分别用水和盐酸萃取后,得到化合物1b、1c的混合物。该混合物进一步以二氯甲烷为洗液用硅胶柱分离。
无水条件下,将120摩尔当量ε-己内酯、20摩尔当量1a、100摩尔当量1c溶于甲苯,在1摩尔当量引发剂2,2-二丁基-2-锡-1,3-二氧环庚烷引发下于20℃反应,得到侧基含有氯原子骨架含有碳碳双键的聚酯。将所得的侧基含有氯原子的聚酯溶于二甲基甲酰胺(DMF),加入和氯原子2摩尔当量的叠氮化钠,将氯原子侧基转化为叠氮基。再将侧基为叠氮基的聚合物和1,7-辛二炔溶于四氢呋喃,保持两者的摩尔比为2:1,在碘化亚铜和吡啶的催化下,于35℃反应得到交联不饱和聚酯动态聚合物组合物组分A。
无水无氧条件下,将5质量份Grubbs一代催化剂1、100质量份石蜡和在石蜡熔融状态下充分共混。将表面活性剂乙烯-马来酸酐共聚物以及正辛醇加入水中,并保持水温约80℃。在水溶液以900rpm转速搅拌的情况下,将共混物倒入并搅拌至共混液体达到稳定状态后,加入冰水使水温迅速冷却。停止搅拌,过滤,得到石蜡包覆的催化剂复合物组分B。
室温下,向250质量份含0.5wt%乙烯-马来酸酐共聚物的水溶液中加入5质量份尿素,0.5质量份氯化铵和0.5质量份间苯二酚,并通过加入氢氧化钠或盐酸将pH值调制3.5。将溶液以800rpm的速度搅拌,并加入少量正庚醇消泡。向搅拌中的溶液缓慢加入氯苯60质量份,待乳液稳定后,加入甲醛水溶液,并保持得到甲醛尿素的摩尔比比为1:1.8。将乳液以每分钟1℃的速度升温至55℃,并保温4小时。之后,保持搅拌但停止加热。待乳液冷却至室温后,水洗,得到含有氯苯溶液的脲醛微胶囊。
将100质量份组分A溶胀于DMF,并加入5质量份所得组分B和10质量份的脲醛微胶囊,充分共混后除溶剂,得到本发明的动态聚合物组合物。本实施例的动态聚合物组合物可用作抗冲击减震的保护层。在外力作用下,当材料中产生裂纹时,裂纹的生成或扩散将诱使含有溶剂的微胶囊破裂。流出的溶剂浸润裂纹周围的聚合物链段并将裂纹附近含有催化剂的石蜡颗粒溶解,在室温下即可对裂纹进行自修复,使保护层可以继续发挥吸能的功效。
实施例2
制备一种基于聚乙炔的动态聚合物组合物水凝胶用于吸能,其中的超分子作用基于侧吡咯烷酮基。
在氮气保护下,将一定量对乙炔苯甲酸溶于氢氧化钠水溶液(氢氧化钠浓度为10M),保持单体与氢氧化钠的摩尔比为2:3。在30℃加入催化剂[Rh(cod)2]BF4的水溶液,调整的单体和催化剂的浓度分别为0.5M和0.0025M。3小时后,将所得聚合物沉淀于乙醇,干燥后再次溶于水,用盐酸酸化后离心沉淀,得到聚[(4-羧基苯基)乙炔]。
将一定量所得的聚合物、4-羟基-2-吡咯烷酮、丁烯二醇在二环乙基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)的催化下反应,保持羧基、4-羟基-2-吡咯烷酮、丁烯二醇的摩尔比为10:3:1,得到基于聚乙炔的动态聚合物组合物组分A。
将所得聚合物溶胀于含有与剩余羧基等摩尔当量的氢氧化钠水溶液,并加入组分A质量0.5%的催化剂26,得到基于聚苯乙炔的动态聚合物组合物水凝胶。该动态聚合物组合物水凝胶可作为包装材料,用于抗冲击防护。
实施例3
制备一种基于聚降冰片烯的动态聚合物组合物增塑剂凝胶用于吸能,其中的超分子作用基于侧三聚氰酸基团。
将三聚氰酸和6-氯-1-己烯保持摩尔比4:1,溶于无水二甲基亚砜,在碳酸钾催化下在80℃下搅拌反应15小时,得到含氢键基团的烯烃单体3a。将化合物3a加入甲苯,将反应容器冷却至5℃,低温下搅拌滴加环戊二烯,保持化合物3a与环戊二烯摩尔比为10:13。滴加完毕后升温到回流温度继续搅拌反应,得到含氢键基团的降冰片烯衍生物3b。
将30摩尔当量含氢键基团的降冰片烯衍生物3b、65摩尔当量降冰片烯和5摩尔当量2,5-降冰片二烯在Grubbs二代催化剂的催化下于二氯甲烷中反应,得到三者的无规交联共聚物。
将100质量份上述共聚物,220质量份均匀混合环烷油,80质量份炭黑,0.5质量份催化剂12充分混合,置于模具中,成型后得到本发明的动态聚合物增塑剂凝胶。这种材料适合要求高强度吸能材料的应用,如汽车外保险杠,能够更好地在车祸撞击中保护汽车和车内的驾驶员、乘客;还可以用于制作如汽车阻尼片、消音齿轮、隔音板等零部件,用于使用过程中的减震、耐冲击、隔音,且回弹性好,永久变形性小。
实施例4
制备一种基于聚丙烯酸酯的动态聚合物组合物离子液体凝胶用于吸能,其中的超分子作用基于侧脲基。
将丙烯酸2-氨基乙基酯和4-联苯异氰酸盐在溶剂二氯甲烷中反应,保持氨基和异氰酸酯的摩尔比为1:1,得到含脲基的丙烯酸酯单体4a。将异氰酸酯丙烯酸乙酯和正丙胺在溶剂二氯甲烷中反应,保持氨基和异氰酸酯的摩尔比为1:1,得到含脲基的丙烯酸酯单体4b。将2摩尔当量丙烯酸和1摩尔当量两端羟基封端的聚丁二烯齐聚物(平均分子量约为1000)在DCC和DMAP的催化下反应,得到化合物4c。
将30摩尔当量甲基丙烯酸甲酯,10摩尔当量单体4a,20摩尔当量单体4b,5摩尔当量交联剂4c,1摩尔当量光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中充分混合,且离子液体的质量为混合物总重的50%。在紫外灯下光照反应4小时后,得到动态聚合物组合物组分A的离子液体凝胶。将所得组分A离子液体凝胶和组分B催化剂36按照质量比100:1充分混合,即得到相应的动态聚合物组合物离子液体凝胶。以这种离子液体凝胶作为阻尼涂层或夹层,以达到减震的目的。
实施例5
制备一种基于聚氨酯的动态聚合物组合物泡沫,其中的超分子作用基于侧硫代氨基甲酸酯基、侧氨基甲酸酯基和骨架氨基甲酸酯基。
将一定量的5-环辛烯-1,2-二醇和丙半胱氨酸混合,控制两者摩尔数的比值约为1:2,以DCC和DMAP为催化剂,二氯甲烷为溶剂,得到含氢键基团的环辛烯衍生物单体5a。将一定量的单体5a、5-环辛烯-1,2-二醇和环辛烯混合,控制两者摩尔数的比值约为5:1:4,以Grubbs二代催化剂为催化剂,以二氯甲烷为溶剂,反应得到基于聚环辛烯的聚合物。
无水无氧条件下,将5质量份Grubbs二代催化剂2、100质量份石蜡和在石蜡熔融状态下充分共混。将表面活性剂乙烯-马来酸酐共聚物以及正辛醇加入水中,并保持水温约80℃。在水溶液以900rpm转速搅拌的情况下,将共混物倒入并搅拌至共混液体达到稳定状态后,加入冰水使水温迅速冷却。停止搅拌,过滤,得到石蜡包覆的催化剂复合物组分B。
将上述侧基含有羟基的聚环辛烯和异氰酸乙酯、2,4-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)按照羟基、异氰酸乙酯、HDI摩尔比为10:8:1混合,混合物记为100质量份。再加入50质量份蒙脱土、0.2质量份有机硅油、1.5质量份可发泡聚合物微球、0.1质量份DBTDL、0.1质量份三亚乙基二胺、5质量份石蜡包覆的催化剂复合物组分B,混合均匀,并在室温下固化30分钟。之后在80℃再固化4小时,即得到本发明的动态聚合物组合物泡沫材料。以该泡沫材料作为运动员身体保护装置,如护膝、护颈材料,用于外力对身体冲击的防护。当泡沫出现裂痕后,可于50℃保温6小时,裂痕处的石蜡颗粒溶解后释放出催化剂,即可以对裂痕进行自修复并循环利用。
实施例6
制备一种基于聚氨酯的动态聚合物组合物软质泡沫用于吸能,其中的超分子作用基于侧氨基甲酸酯基。
在氮气保护下,将10摩尔当量乙二醇单烯丙基醚(平均分子量约500)和1摩尔当量甲醇钾共混,在95℃缓慢滴加70摩尔当量的环氧丙醇,得到端基为羟基具有支化结构的烯烃单体6a。在氮气保护下,将端基为羟基具有支化结构的烯烃单体6a与和羟基摩尔当量的异氰酸乙酯在DBTDL的催化下于二氯甲烷中反应,得到烯烃单体6b。
将烯烃单体6b与3-巯基-1,2-丙二醇等摩尔当量充分共混,加入1wt%光引发剂2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮,在300W紫外灯下光照30分钟,得到具有枝化聚醚侧基且枝化侧基末端含氨基甲酸酯基的二醇。
X=直接键,
将30摩尔当量上述带有氢键基团的二醇化合物、20摩尔当量聚醚二元醇(分子量约2000)、50摩尔当量1,4-丁烯二醇、98摩尔当量甲苯二异氰酸酯共混,计为100质量份,再加入1质量份水溶性有机硅油、2质量份水、0.2质量份DBTDL、0.1质量份三亚乙基二胺和1质量份组分B催化剂59,混合均匀并快速搅拌至产生气泡,在室温下固化15分钟,然后在60℃固化2小时,即得到本发明的动态聚合物组合物泡沫制品。该产品质轻柔软,可作为具有减震缓冲功能的靠垫、靠枕、枕头等的填充物,还适合人体、精密仪器、易碎物品防护等方面的吸能应用,方便贴身/贴合使用。
实施例7
制备一种基于不饱和聚酯的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于侧氨基甲酸酯基和骨架氨基甲酸酯基。
将反式-1,4-环己二甲酸、马来酸和聚乙二醇二环氧乙烷甲基醚按照摩尔比4:1:5混合,制备得到一种含有侧羟基的聚合物。将所得聚合物、异氰酸乙酯和4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷按侧羟基、一元异氰酸酯、二元异氰酸酯摩尔比30:28:1充分共混,在DBTDL的催化下,得到含有氨基甲酸酯基的动态聚合物组合物组分A。
将100质量份所得组分A、5质量份纤维素纳米晶和0.3质量份催化剂12充分混合,即得到相应的动态聚合物组合物。以该材料制成军警防护制品、防爆层等,用于对外界冲击力如爆炸冲击波的缓冲吸收。
实施例8
制备一种基于聚乙烯醇的动态聚合物组合物水凝胶用于吸能,其中的超分子作用基于侧脲基。
将甘氨酸和等摩尔当量的异氰酸乙酯溶于二氯甲烷,反应得到一端为羧基的化合物8a。将1摩尔当量聚乙烯醇(平均分子量约为10000,醇解度约为99%)、10摩尔当量化合物8a溶于四氢呋喃,在二环乙基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)的催化下,得到含有侧脲键的动态聚合物。将上述聚乙烯醇与丁烯二醛分别制备成水溶液并按比例混合,使改性聚乙烯醇与丁烯二醛的摩尔比为4:3。用乙酸调节pH值至2.0至4.0之间,反应温度为室温,反应时间为30分钟,得到基于聚乙烯醇的动态聚合物组分A。
将100质量份所得动态聚合物和1质量份催化剂29于水中充分溶胀混合,得到相应的动态聚合物组合物水凝胶。该实施例所得到的水凝胶可用作空投物品的防冲击包装材料。
实施例9
制备一种基于聚醚的动态聚合物组合物离子液体凝胶作为吸能,其中的超分子作用基于侧苯并咪唑基和骨架氨基甲酸酯基。
将1,4-戊二烯-3-醇和等摩尔当量的1H-苯并咪唑-5-酰氯在三乙胺的催化下反应,得到双烯烃单体化合物9a。将2摩尔当量的异氰酸烯丙酯和1摩尔当量一端羟基封端一端烯基封端的聚乙二醇(平均分子量约为500Da)在DBTDL的催化下充分反应,得到两端烯基封端并且骨架上含有一个氨甲基酸酯基的聚乙二醇。
将双烯烃单体化合物9a、双烯封端的聚乙二醇和按照摩尔比1:4溶于离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐([bmim]NTf2),保持原料质量之和与离子液体的质量之比为1:1。并记为100质量份。再加入离子液体质量0.5%的催化剂35,于50℃充分混合24小时后,即可得到一种动态聚合物组合物离子液体凝胶。本实施例所得的离子液体凝胶可作为多层玻璃和多层板材的夹层胶,用于防弹和防爆等。
实施例10
制备一种基于聚丁二烯和聚丙烯酸酯的动态聚合物组合物弹性体用于吸能,其中的超分子作用基于侧硫代氨基甲酸酯基。
无水无氧条件下,将乙硫醇和等摩尔当量的异氰酸酯丙烯酸乙酯在三乙胺催化下于二氯甲烷中反应,得到含硫代氨基甲酸酯基团的丙烯酸酯单体10a。
将聚丁二烯(平均分子量约为20000,x:y约为90:10),3-巯基-1-丙醇,光引发剂苯偶酰二甲基缩酮(BDK)在四氢呋喃中反应,保持聚丁二烯中侧烯基与3-巯基-1-丙醇以及BDK的摩尔比为30:30:1,得到改性聚丁二烯10b。无水无氧条件下,将一定量改性聚丁二烯10b溶于无水吡啶,在0℃搅拌下缓慢滴加过量2-溴异丁酰溴,再升温至室温反应24小时,得到侧基含溴的改性聚丁二烯10c。无水无氧条件下,保持改性聚丁二烯10c中侧基溴原子和含硫代氨基甲酸酯基团的丙烯酸酯单体10a的摩尔比为1:30,在溴化亚铜和五甲基二乙烯三胺(PMDTA)的催化下,在甲苯中于80℃反应,得到接枝聚丙烯酸酯侧基中含有硫代氨基甲酸酯基的聚丁二烯接枝丙烯酸酯。
将上述聚合物100质量份、20质量份碳酸钙、0.3质量份催化剂15、0.2质量份抗氧剂754于充分共混后置于模具中成形后脱模,即得到本发明的动态聚合物组合物。本实施例所得的组合物可作为阻尼涂层,并具有一定的耐磨性。
实施例11
制备一种基于聚氯丁二烯和聚氯乙烯的动态聚合物组合物增塑剂凝胶用于吸能,其中的超分子作用基于侧脲基。
将支化型聚氯乙烯(平均分子量约50000)和4-(2-吡咯烷基)苯硫酚溶于环己烷在60℃反应12小时,保持侧基氯原子和4-(2-吡咯烷基)苯硫酚的摩尔比约为3:2,得到含有侧仲氨基的聚氯乙烯。将侧基中含有仲氨的聚氯乙烯和异氰酸甲酯在二氯甲烷中反应,保持仲氨基与异氰酸甲酯的摩尔比约为1:1,得到侧基含取代脲基的聚氯乙烯。
将100质量份市售交联型氯丁橡胶溶胀于甲苯,加入100质量份所得聚氯乙烯,70质量份环氧大豆油,50质量份磷酸三甲苯酯,0.5质量份催化剂10,混合均匀后除溶剂,得到本发明的动态聚合物组合物增塑剂凝胶。以该材料作为包装材料,用于提供优良的抗冲击性能。
实施例12
制备一种基于丁腈橡胶和聚丙烯腈的动态聚合物组合物离子液体凝胶,其中的超分子作用基于侧氨基甲酸酯基和侧脲基。
将丙烯腈(平均分子量约10000)1摩尔当量,2-叠氮基乙氨3摩尔当量,2,5-脱水-1-叠氮-1-脱氧-D-葡萄糖醇20摩尔当量、氯化锌100摩尔当量溶于二甲基甲酰胺,室温下超声5分钟令各组分充分混合后升温至125℃搅拌反应,得到侧基含羟基和氨基的改性聚丙烯腈。将所得的改性聚丙烯腈和与所含羟基氨基之和等摩尔当量的异氰酸乙酯在二甲基亚砜中反应,得到侧基含氨基甲酸酯和脲键的改性聚丙烯腈。
将100质量份市售交联型丁腈橡胶和溶胀于200质量份1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐与适量的二甲基甲酰胺溶剂,加入100质量份所得的侧基含氨基甲酸酯和脲键的改性聚丙烯腈、0.5质量份催化剂33以及总质量4%的碳纳米管,充分混合后再除去溶剂,得到相应的动态聚合物离子液体凝胶。
该实施例制备的离子液体凝胶可用作具有阻尼减震功能的夹层胶、封堵胶,并在近红外光下具有良好的发热效应。
实施例13
制备一种基于聚乙烯醇和聚乙烯亚胺的动态聚合物组合物泡沫用于吸能,其中的超分子作用基于侧氨基甲酸酯基和端脲基。
将等摩尔当量的异佛尔酮二异氰酸酯和正丙胺溶于DMF,待反应完全后加入一定量的支化聚乙烯亚胺(平均分子量约为20000),并保持聚乙烯亚胺链段中端氨基与溶液中的异氰酸酯基为1:1,得到端基为脲基的改性支化聚乙烯亚胺。
将1摩尔当量聚乙烯醇(平均聚合度约2000,醇解度高于99%),100摩尔当量尿素和100摩尔当量甲醇溶于水,搅拌20分钟,得到部分侧基为氨基甲酸酯基的改性聚乙烯醇。将上述聚乙烯醇与丁烯二醛分别制备成水溶液并按比例混合,使改性聚乙烯醇与丁烯二醛质量比为100:1。用乙酸调节pH值至2.0至4.0之间,反应温度为室温,反应时间为30分钟,得到改性聚乙烯醇。
将所得的改性聚乙烯醇100质量份溶胀于1,4-二氧六环溶剂,加入50质量份所得的改性支化聚乙烯亚胺和3质量份催化剂32充分共混。将共混物置于模具中在-80℃下冷冻完全,在-50℃下开启抽气泵,维持干燥空气压小于50μatm24小时,再于20℃真空干燥箱内干燥,抽取全部溶剂,得到本发明的动态聚合物组合物泡沫材料。以该材料制成军警防护制品、防爆层等,用于对外界冲击力如爆炸冲击波的缓冲吸收,还可以作为保护性载体使用。
实施例14
制备一种基于聚醚型聚氨酯的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于侧氨基甲酸酯基、侧酰胺基、端氨基甲酸酯基、骨架氨基甲酸酯基和骨架酰胺基。
将1摩尔当量乙二醇、100摩尔当量环氧乙烷、50摩尔当量(S)-(环氧乙烷甲基)氨基甲酸叔丁酯、50摩尔当量3-[(对乙酰氨基)苯氧基]-1,2-环氧丙烷混合反应制备两端为羟基侧基含有氨基甲酸酯基和酰胺基的聚醚。将10摩尔当量尿素滴入100摩尔当量4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷,于70℃充分共混搅拌24小时后,降温至35℃,再加入40摩尔当量所得的聚醚、40摩尔当量1,4-丁烯二醇、10摩尔当量乙醇胺和1摩尔当量DBTDL,充分反应得到交联聚醚型聚氨酯。
在氮气保护下,将5摩尔当量季戊四醇和2摩尔当量甲醇钾共混,在95℃缓慢滴加300摩尔当量的环氧丙醇,得到具有超支化结构端基为羟基的聚醚。将所得聚醚与过量的异氰酸乙酯在DBTDL的催化下反应,待反应完全后,得到具有超支化结构端基为氨基甲酸酯的聚醚。将两端羟基封端的聚乙二醇与过量的异氰酸乙酯在DBTDL的催化下反应,待反应完全后,得到具有线性结构端基为氨基甲酸酯的聚醚。
将100质量份所得交联聚醚型聚氨酯溶胀于二氯甲烷,加入100质量份所得的改性超支化聚醚、50质量份所得的具有线性结构的聚醚、10质量份石墨烯和5质量份催化剂31,充分共混除溶剂后得到本发明的动态聚合物组合物。以该组合物制得的填充物,可将其施加于纺织品上或者泡沫体内使用,具有缓冲减震的作用,还可具有热传感功能。
实施例15
制备一种基于乙烯-丁二烯无规共聚物和聚乙烯的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于三唑啉二酮-烯加合物侧基和侧脲基嘧啶酮基。
无水条件下,将乙烯充满2L的反应器并维持1大气压,加入反应器体积14%的甲苯以及体积0.95%的丁二烯甲苯溶液(9wt%)。于40℃加入含有钪催化剂、AliBu3和[Ph3C][B(C6F5)4]的催化剂溶液20毫升,同时,以6毫升每分钟的速度滴入反应器体积6%的丁二烯甲苯溶液(9wt%)。丁二烯溶液全部滴加后,迅速加入20毫升酸化甲醇,并将产物在乙醇中沉淀,得到乙烯-丁二烯无规共聚物。将所得共聚物与一定量的4-甲基-三唑烷-3,5-二酮和4,4'-(亚甲基双(4,1-亚苯基))双(3H-吡唑-3,5(4H)-二酮)溶于四氢呋喃,保持双键和4-甲基-三唑烷-3,5-二酮、4,4'-(亚甲基双(4,1-亚苯基))双(3H-吡唑-3,5(4H)-二酮)的摩尔比为10:3:1,搅拌后充分反应,得到侧基含有氢键基团的交联改性乙烯-丁二烯无规共聚物。
将低密度枝化聚乙烯(平均分子量约为20000)加热溶解于二甲苯,加入100摩尔当量的马来酸酐,当溶液温度升至130℃后,加入溶于二甲苯的引发剂过氧化二异丙苯,恒温反应1至3小时后得到聚乙烯接枝马来酸酐。在惰性气体保护下,将UPy衍生物15a和所得聚乙烯接枝马来酸酐溶于二甲苯,保持化合物15a和马来酸酐侧基的摩尔比为1:1,搅拌下加入催化剂对甲苯磺酸钠,于105℃搅拌反应。将所得产物与三氟乙酸的二氯甲烷溶液中水解,得到含有UPy侧基氢键基团的改性聚乙烯。
将100质量份所得的改性乙烯-丁二烯无规共聚物、50质量份所得的改性聚乙烯、5质量份催化剂5、30质量份的硬脂酸钠,8质量份的碳酸氢钠和0.2质量份凡士林油充分共混,挤出成型得到相应的泡沫制品,并在室温下充分固化,得到本发明的动态聚合物组合物泡沫。以该动态聚合物组合物泡沫制品作为减震部件,用于抗冲击防护,还可作为轻质隔热材料。
实施例16
制备一种基于顺丁橡胶和聚乙二醇的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于端胞嘧啶基和端鸟嘌呤基。
将胞嘧啶与两端为琥珀酰亚胺琥珀酸酯基的聚乙二醇在三乙胺的催化下反应,得到两端为胞嘧啶基的聚乙二醇。将鸟嘌呤与与两端为琥珀酰亚胺琥珀酸酯基的聚乙二醇在三乙胺的催化下反应,得到两端为鸟嘌呤基的聚乙二醇。将交联型顺丁橡胶100质量份溶胀于二氯甲烷,加入所得的两种聚乙二醇各50质量份和1质量份催化剂3,充分混溶后除溶剂,得到本发明的动态聚合物组合物材料。以该材料作为空降和空投的防护材料,用于缓冲抗冲击。
实施例17
制备一种基于苯乙烯-丁二烯无规共聚物和聚异丁烯的动态聚合物组合物泡沫用于吸能,其中的超分子作用基于端氨基甲酸酯-脲基。
将一端氨基封端的聚异丁烯与等摩尔当量的2,4-甲苯二异氰酸酯充分反应后,加入等摩尔当量乙醇,在TDBDL的催化下继续反应,得到一端含有端氢键基团的改性聚异丁烯。
将所得的含有端氢键基团的改性聚异丁烯40质量份、聚苯乙烯25质量份、聚醋酸乙烯酯8质量份、线型苯乙烯-丁二烯无规共聚物100质量份、2,3-丁二硫醇1质量份和AIBN0.2质量份在110-120℃熔融并充分混合,待温度降至60℃,保温1小时后,加入1质量份催化剂15并充分混合。将混合物装入模具,置于压力反应釜中,通入过饱和二氧化碳,加热至90℃,压力控制在7-14MPa,4小时后以每秒1MPa的速度降压,将制品迅速于冰水中冷却,脱模后得到本发明的动态聚合物组合物泡沫制品。以此泡沫材料作为鞋底,用于对人脚进行缓冲保护。
实施例18
制备一种基于醋酸乙烯酯-乙烯醇无规共聚物和聚己内酯的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于侧脲基、二酰胺基萘啶端基和脲基嘧啶酮端基。
将甘氨酸和等摩尔当量的异氰酸乙酯溶于二氯甲烷,反应得到一端为羧基的化合物18a。将10摩尔当量4,4'-二苯乙烯二羧酸、1摩尔当量聚醋酸乙烯酯-聚乙烯醇无规共聚物(平均分子量约为10000,醇解度约为60%)、20摩尔当量化合物18a溶于四氢呋喃,在二环乙基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)的催化下,得到聚醋酸乙烯酯-聚乙烯醇无规共聚物网络。
以二氯甲烷为溶剂,将以酰氯基为端基的聚己内酯与氢氧化铵反应,得到两端基为酰胺基的聚己内酯。以醋酸铅、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽和碳酸钾为催化剂,将10摩尔当量2,7-二氯-1,8-萘啶与9摩尔当量2-乙基己酰氨在氯仿中反应,得到一端与2-乙基己酰氨基相连的萘啶中间体。将2摩尔当量所得的萘啶中间体与两端基为酰胺基的聚己内酯在醋酸铅、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽和碳酸钾的催化下反应,得到两端含有2,7-酰胺基-1,8-萘啶端基的聚己内酯。在无水条件下,将1摩尔当量化合物18b与1摩尔当量2,6-二异丙基苯异氰酸酯溶于四氢呋喃,在室温下反应16小时,得到一端为烯基的UPy衍生物18c。将所得UPy衍生物18c分别与等摩尔当量的巯基乙醇在BDK与紫外光的共同作用下反应,将烯基转化为羟基。将2摩尔当量一端为羟基的UPy衍生物和1摩尔当量两端基为酰氯基的聚己内酯在三乙胺的催化下反应,得到两端含有UPy衍生物基的聚己内酯。
将100质量份所得聚合物网络、20质量份两端含有2,7-酰胺基-1,8-萘啶端基的聚己内酯、30质量份两端含有UPy衍生物基的聚己内酯、0.5质量份催化剂8充分混合,得到本发明的动态聚合物组合物。以这种动态聚合物组合物制成的各类制品,用于缓冲吸能,由于其具有多重转变温度,还具有形状记忆功能。
实施例19
制备一种基于聚二甲基硅氧烷和聚β-羟基丁酸酯的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于侧咪唑啉酮基和骨架脲基。
将1摩尔当量的高分子量聚β-羟基丁酸酯(PHB,平均分子量约300000)溶于二氯甲烷,滴入含1000摩尔当量对甲苯磺酸和10000摩尔当量1,4-丁二醇的混合溶液。在室温下反应,用甲醇沉淀和冲洗产物,得到两端为羟基的低分子量聚β-羟基丁酸酯(平均分子量约3000)。将一端为烯基的UPy衍生物18c分别与等摩尔当量的巯基乙酸在BDK与紫外光的共同作用下反应,将烯基转化为羧基。将1摩尔当量所得的两端为羟基的PHB和2摩尔当量羧基封端的UPy衍生物在DCC和DMAP的催化下反应,得到两端基为UPy衍生物的PHB。
在氮气保护下,将尿素加入氨基化二甲基硅氧烷19a,保持尿素和侧氨基的摩尔比为9:10,搅拌下缓慢升温至160℃,保温约1小时后,降至室温,得到含侧咪唑啉酮基和侧氨基的改性聚二甲基硅氧烷19b。将1摩尔当量1,5-二对羟苯基-1,4-戊二烯-3-酮和2摩尔当量1,5-萘二异氰酸酯溶于二氯甲烷,在辛酸亚锡的催化下反应,得到一种含有不饱和键的二异氰酸酯。
氮气保护下,将100质量份分子筛SBA-1和2质量份催化剂5分散在甲苯中,室温下搅拌6小时,过滤并用正己烷淋洗,干燥后即得到加载了催化剂的分子筛。
将一定量改性聚二甲基硅氧烷19b与一定量所得的不饱和二异氰酸酯共混,保持聚二甲基硅氧烷中侧氨基与异氰酸酯基的摩尔比为1:1.02,计为100质量份于60℃充分反应。待反应完全后,再加入100质量份所得的两端为UPy衍生物PHB和加载了催化剂的分子筛,充分共混后除溶剂,得到本发明的动态聚合物组合物。
以这种动态聚合物组合物作为电子产品的组件的密封件,如手机、平板电脑、笔记本、照相机等的充电器接口、数据线接口等处的塞子等,具有防冲击减震的功能,此外,在接头插拔过程中产生的开孔进行修复又能达到防尘、防水的目的。
实施例20
制备一种基于丁苯橡胶和聚(甲基)丙烯酸酯的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于侧脲基。
将丙烯酸2-氨基乙基酯和4-联苯异氰酸盐在溶剂二氯甲烷中反应,保持氨基和异氰酸酯的摩尔比为1:1,得到含脲基的丙烯酸酯单体20a。将异氰酸酯丙烯酸乙酯和正丙胺在溶剂二氯甲烷中反应,保持氨基和异氰酸酯的摩尔比为1:1,得到含脲基的丙烯酸酯单体20b。将异氰酸酯丙烯酸乙酯和四氢吡咯在溶剂二氯甲烷中反应,保持异氰酸酯和氨基的摩尔比为1:1,得到含脲键衍生物的丙烯酸酯单体20c。
将1摩尔当量光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、10摩尔当量20a、30摩尔当量20b、10摩尔当量20c、10摩尔当量甲基丙烯酸正丁酯充分共混在光照下聚合,得到含有不同侧脲基的改性聚(甲基)丙烯酸酯。
将50质量份所得改性聚(甲基)丙烯酸酯破碎成颗粒,与适量的催化剂7和溶胀有100质量份交联型丁苯橡胶的甲苯溶液充分共混,除溶剂后得到本发明的动态聚合物组合物。该组合物可用作防爆墙夹层,用于提供优良的抗冲击性能。
实施例21
制备一种基于聚降冰片烯和聚醚的动态聚合物组合物齐聚物溶胀凝胶用于吸能,其中的超分子作用基于侧氨基甲酸酯基和侧酰胺基。
以1摩尔当量乙醇为引发剂,将100摩尔当量环氧乙烷、50摩尔当量(S)-(环氧乙烷甲基)氨基甲酸叔丁酯、50摩尔当量3-[(对乙酰氨基)苯氧基]-1,2-环氧丙烷混合反应制备侧基含有氨基甲酸酯基和酰胺基的聚醚。
将50质量份所得聚醚、100质量份烷基封端的聚乙二醇齐聚物以及1质量份的催化剂5与100质量份交联型聚降冰片烯充分共混,得到本发明的动态聚合物组合物。以这种材料作为阻尼层,用于吸能减震。
实施例22
制备一种基于聚氨酯和聚硅氧烷的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于侧脲基、侧二氨基三嗪和侧胸腺嘧啶基。
以氯铂酸为催化剂,将含氢聚硅氧烷与2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪和1-(4-乙烯基苯甲基)胸腺嘧啶在环己酮中于90℃下反应3小时,控制含氢聚硅氧烷中硅氢与化合物2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、1-(4-乙烯基苯甲基)胸腺嘧啶的摩尔比为2:1:1,得到含有侧氢键基团的聚硅氧烷。
以1摩尔当量4,4'-偶氮双(4-氰基戊醇)为引发剂,以4-戊烯-1-醇为链转移剂,引发15摩尔当量20b和15摩尔当量丙烯酸正丁酯聚合,得到两端羟基封端的聚丙烯酸酯。将100摩尔当量所得聚丙烯酸酯,110摩尔当量甲苯二异氰酸酯,5摩尔当量9-烯基-12-羟基十八酸三甘油酯充分共混,在DBTDL的催化下充分反应,得到动态聚合物网络。
将2摩尔当量与1摩尔当量2,4-TDI与1,4-二丁醇溶于环己烷在80℃反应24小时,得到异氰酸酯基封端的预聚物。将3质量份所得预聚物和1质量份Grubbs二代催化剂2溶于32质量份的氯苯,并加至28.8质量份的水中,以1000rpm的速度于70℃搅拌30分钟。将1质量份的扩链剂乙二醇缓慢加入乳液中,维持温度转速继续搅拌2小时,得到以聚氨酯为微胶囊外壳的催化剂组分B。
将100质量份动态聚合物网络、10质量份组分B、30质量份含有侧氢键基团的聚硅氧烷以及15质量份聚乙烯吡咯烷酮微球充分共混,得到本发明的动态聚合物组合物。以该材料作为包装材料,用于提供优良的抗冲击性能,同时具有一定的吸湿性。
实施例23
制备一种基于聚柠檬烯碳酸酯和聚β-羟基丁酸酯的动态聚合物组合物普通固体,其中的超分子作用基于侧氨基甲酸酯基和侧脲基嘧啶酮基。
在无水无空气90℃条件下,将氧化柠檬烯和催化剂23a溶于甲苯,保持氧化柠檬烯和催化剂的摩尔比为100:1,向反应容器中通入10bar二氧化碳,反应得到聚柠檬烯碳酸酯23b。将一定量所得的聚柠檬烯碳酸酯23b溶于氯仿,加入过量2-巯基乙醇、3-巯基丙酸正丁酯和偶氮二异丁氰,保持2-巯基乙醇、3-巯基丙酸正丁酯、引发剂的摩尔比为3:7:3,在60℃下反应得到部分侧基为羟基的聚柠檬烯碳酸酯。将所得的部分侧基为羟基的聚柠檬烯碳酸酯、一端为羧基的UPy衍生物(见实施例19)、反丁烯二酸共混,保持聚柠檬烯碳酸酯中侧羟基、一端为羧基的UPy衍生物、反丁烯二酸的摩尔比为5:4:1,反应完全后得到含侧脲基嘧啶酮的交联改性聚柠檬烯碳酸酯。
将6-氨基-1-己醇和氯甲酸甲酯在二氯甲烷中反应,以无水碳酸氢钠为催化剂,控制氨基与氯甲酸甲酯的摩尔数比值为10:11,得到化合物23c。将聚β-羟基丁酸酯(平均分子量约20000)和马来酸酐溶于氯苯,使马来酸酐的初始质量体积浓度为3%。在130℃加入过氧化苯甲酰,使过氧化苯甲酰的初始浓度为0.2%,保持温度反应6小时,得到聚β-羟基丁酸酯接枝马来酸酐。在惰性气体保护下,将聚β-羟基丁酸酯接枝马来酸酐和化合物23c溶于二甲苯,保持马来酸酐侧基和化合物链段23c的摩尔比为1:2.1。搅拌下加入催化剂对甲苯磺酸钠,于105℃搅拌反应,得到侧基中含有氨基甲酸酯键的改性聚β-羟基丁酸酯。
室温下,向250质量份含0.5wt%乙烯-马来酸酐共聚物的水溶液中加入5质量份尿素,0.5质量份氯化铵和0.5质量份间苯二酚,并通过加入氢氧化钠或盐酸将pH值调制3.5。将溶液以800rpm的速度搅拌,并加入少量正庚醇消泡。向搅拌中的溶液缓慢加入含有5wt%催化剂4的氯苯60质量份,待乳液稳定后,加入甲醛水溶液,并保持得到甲醛尿素的摩尔比比为1:1.8。将乳液以每分钟1℃的速度升温至55℃,并保温4小时。之后,保持搅拌但停止加热。待乳液冷却至室温后,水洗,得到含有催化剂和氯苯溶液的脲醛微胶囊。
将100质量份所得的交联改性聚柠檬烯碳酸酯溶胀于二甲苯,并加入50质量份的含有氨基甲酸酯键的改性聚β-羟基丁酸酯、50质量份的聚酯空心微球、20质量份含有催化剂4和氯苯的脲醛微胶囊,充分混合后除溶剂,得到本发明的动态聚合物组合物。该动态聚合物组合物主要原料为可再生原料,可广泛用作一次性包装材料,用于减震防护。
实施例24
制备一种基于聚乙烯吡咯烷酮和淀粉的动态聚合物组合物水凝胶用于吸能,其中的超分子作用基于侧氨基甲酸酯基。
将1摩尔当量1,3-二氨基-2-丙醇0.1mol、3摩尔当量无水碳酸氢钠溶于二氯甲烷,室温下滴入2.2摩尔当量氯甲酸甲酯。搅拌反应两小时后,得到化合物24a。
将聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量约14000,平均聚合度约为100)和等质量的氢氧化钾溶解在去离子水中,在150℃的条件下反应48小时。待反应完成后,除去未反应的氢氧化钾,用盐酸调节pH至2-3,成羧酸反应一小时后,再用截留量为3500Da的透析袋在pH不同的酸液(pH=3、pH=4、pH=5)和水中梯度透析,冻干,得固体粉末部分开环的聚乙烯吡咯烷酮24b。经核磁氢谱中特征峰积分,计算出开环率约为25%。
将含有25摩尔当量侧羧基的部分开环的聚乙烯吡咯烷酮24b,10摩尔当量1-(2-羟乙基)-2-咪唑啉酮,10摩尔当量4-羟甲基咪唑和5摩尔当量1,4-丁烯二醇溶于四氢呋喃,在DCC和DMAP的催化下,得到侧基含有氢键基团基于交联聚乙烯吡咯烷酮的动态聚合物。
将1摩尔当量1,4-丁烯二醇与2摩尔当量异佛尔酮二异氰酸酯在TDBDL的催化下反应,得到含有不饱和键的二异氰酸酯。将所得聚乙烯吡咯烷酮动态聚合物100质量份溶胀于DMSO(DMSO中含有硝酸钠,浓度为50mmol/L),加入80质量份的淀粉(支链型直链型之比约为3:7),以及一定量的异氰酸乙酯和所得二异氰酸酯,保持淀粉中羟基和异氰酸乙酯、二异氰酸酯的摩尔比约为40:8:1,在TDBDL的催化下充分反应,得到具有二元互穿网络结构的动态聚合物。将所得聚合物100质量份溶胀于水,加入1质量份催化剂27,即得到相应的水凝胶。本实施例所得的水凝胶可作为防冲击的包装填充材料使用。
实施例25
制备一种基于聚异戊二烯、不饱和聚酯和聚丙烯酸酯的动态聚合物组合物普通固体用于吸能,其中的超分子作用基于侧咪唑啉酮基、侧脲基和侧硫代氨基甲酸酯基。
将1摩尔当量1-(2-氨基乙基)-2-咪唑啉酮和1摩尔当量异氰酸酯丙烯酸乙酯溶于二氯甲烷,室温下反应6小时,得到丙烯酸酯类单体25a。将150摩尔当量丙烯酸正丁酯和50摩尔当量单体25a充分共混,以1摩尔当量偶氮二异丁氰为引发剂,于85℃下反应,得到含有侧氢键基团基于聚丙烯酸酯的聚合物。
4,4'-二苯乙烯二羧酸和2-(叔丁氧羰基-氨基)乙硫醇按照摩尔比1:1.1混合,再加入0.2wt%的光引发剂安息香双甲醚(DMPA),在紫外交联仪中紫外辐射4h,得到侧基带有氨基甲酸酯基的二羧酸化合物。
取50质量份的市售交联型聚异戊二烯和300质量份所得的聚丙烯酸酯溶胀或溶解或分散于二氯甲烷中。将所得带有氢键基团的二羧酸化合物、1,6-己二醇、1,4-丁烯二醇和三羟甲基丙烷按照摩尔比100:30:20:40混合,取50质量份,加至含有聚异戊二烯和聚丙烯酸酯的二氯甲烷,以DCC和DMAP为催化剂,充分反应,并将产物与1质量份催化剂5共混,得到本发明的动态聚合物组合物。该材料可用于抗冲击、减震缓冲。
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 (10)
1.一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,提供一种动态聚合物组合物并以其作为吸能材料进行吸能,其中所述的动态聚合物组合物包含至少A、B两组分;其中,所述的动态聚合物组合物组分A为包含至少一个交联网络的动态聚合物,所述的动态聚合物中含有可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键;其中所述的动态聚合物组合物组分B为催化所述的动态聚合物组合物组分A中的不饱和碳碳双键发生烯烃交叉易位复分解反应的催化剂、催化剂复合物或催化剂与催化剂复合物的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,在所述的动态聚合物的交联网络骨架链上含有至少一种下式所示的可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键:
其中,表示与聚合物链或者其他任意合适的基团或原子的连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,其中所述的动态聚合物中还含有可形成超分子氢键作用的氢键基团。
4.根据权利要求3所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,其中所述的动态聚合物组合物组分A具有如下所述的网络结构中的一种:
所述的动态聚合物组合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;
所述的动态聚合物组合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以下,超分子交联的交联度在其凝胶点以上;
所述的动态聚合物组合物组分A中只有一个交联网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以下,超分子交联的交联度在其凝胶点以下,但两者交联度之和在凝胶点以上;
所述的动态聚合物组合物组分A中含有两个网络;第1网络中仅含动态共价交联,其交联度在其凝胶点以上;第2网络中仅含超分子交联,其交联度在其凝胶点以上;
所述的动态聚合物组合物组分A中含有两个网络;第1网络中含动态共价交联和超分子交联,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度在其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;第2网络中仅含超分子交联,其交联度在其凝胶点以上;
所述的动态聚合物组合物组分A中含有一个网络,其中仅含有凝胶点以上的动态共价交联,超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物分散在动态共价交联网络中;
所述的动态聚合物组合物组分A中含有一个网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物分散在动态共价交联网络中;
所述的动态聚合物组合物组分A中含有一个网络,其中仅含有凝胶点以上的动态共价交联,超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物以颗粒状态分散在动态共价交联网络中;
所述的动态聚合物组合物组分A中含有一个网络,该交联网络中同时含有动态共价交联和超分子交联,其中,动态共价交联的交联度达到其凝胶点以上,超分子交联的交联度在其凝胶点以上或以下;超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物以颗粒状态分散在动态共价交联网络中。
5.根据根据权利要求3所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,所述的氢键基团中的至少一种为同时含有氢键供体和氢键受体的氢键基团。
6.根据根据权利要求3所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,其中所述的氢键基团中至少有一种氢键基团位于所述的动态聚合物的侧基或侧链或侧基和侧链。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,所述的动态聚合物组合物具有以下任一性状:普通固体、弹性体、凝胶、泡沫。
8.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,构成所述动态聚合物组合物的配方组分还包括以下任一种或任几种可添加物或可使用物:其他聚合物、助剂、填料、溶胀剂。
9.根据权利要求8所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,其中,所述的其他聚合物选自以下任一种或任几种:天然高分子化合物、合成高分子化合物;所述的助剂选自以下任一种或任几种:催化剂、引发剂、抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂、分散剂、乳化剂、阻燃剂、增韧剂、偶联剂、溶剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、增稠剂、触变剂、流平剂、着色剂、荧光增白剂、消光剂、抗静电剂、脱水剂、杀菌防霉剂、发泡剂、助发泡剂、成核剂、流变剂;所述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;所述的溶胀剂选自以下任一种或任几种:水、有机溶剂、离子液体、齐聚物、增塑剂。
10.根据权利要求1-6、9中任一权利要求所述的一种基于动态聚合物组合物的吸能方法,其特征在于,所述的吸能方法应用于抗冲击防护、阻尼、减震、缓冲、防爆、防弹、隔音、消声。
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- 2017-10-17 CN CN201710967675.7A patent/CN109666164A/zh not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023176106A1 (ja) * | 2022-03-18 | 2023-09-21 | 株式会社ブリヂストン | ゴム組成物 |
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