一种组合杂化动态聚合物及其应用
技术领域
本发明涉及智能材料领域,具体涉及一种由含硼动态共价键、无硼动态共价键以及非氢键型超分子作用所构成的组合杂化动态聚合物。
背景技术
智能材料,又可称为敏感材料或刺激响应材料,是一种能够对外界的刺激进行感知、诊断、响应、并具有功能执行能力的新材料,它模糊了传统的结构材料和功能材料之间的界限,实现了结构的功能化、智能化、多样化。正是由于智能材料自身所具有的内涵与特性,智能材料迅速引起了大量科学家的兴趣,并发展成为继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料,在建筑、航空航天、医疗等军民领域得到广泛的应用,是现代高新材料技术发展的重要发展方向之一。
传统的聚合物材料主要通过共价键来维持其形状和分子结构,由于共价键本身键能较高,链结构稳定而难以改变,使得这类材料通常不是可重构、可回收、可再处理的,限制了其在诸多领域的应用。通过在聚合物中引入动态可逆的共价键,是一种形成新型智能聚合物的可行方法,可以有效地扩展材料的应用领域。这类动态共价键可以对温度变化、光照、辐射或其他外界条件进行感应,并通过可逆加成/缩合或可逆键交换机制,使得聚合物的链结构得以产生变化,并获得重构。相比于普通共价键,动态共价键能够体现出超分子化学中的动态可逆性,像超分子相互作用一样具有“校对”和“纠错”功能,还可以通过改变外界条件,达到明显地影响动态共价化学平衡,进而使聚合物体现出自修复性、可回收性、刺激响应性和仿生力学性能,而相比于超分子作用力,其键能较强、受热力学影响较小、性质较为稳定。
随着研究的进一步扩展和深入,动态共价键的种类越来越丰富,但目前对于动态聚合物的研究,基本还停留在单一的动态共价键体系,由于单一的动态共价键的动态效果和动态调控能力有限,难以具有协同正交的综合性能,为了获得具有多样性并且协同正交动态性的动态聚合物,需要发展一种新型的组合杂化动态聚合物来解决这一问题。
发明内容
本发明针对上述背景,提供了一种组合杂化动态聚合物,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。所述的组合杂化动态聚合物具有正交/协同性的动态可逆效果,可体现出自修复性、可回收性、刺激响应性和仿生力学性能。
本发明通过如下技术方案予以实现:
本发明涉及一种组合杂化动态聚合物,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
在本发明中,所述的含硼动态共价键、无硼动态共价键和超分子作用的存在,是形成或维持聚合物结构的必要条件。
在本发明中所述的含硼动态共价键,在其动态结构组成中含有硼原子,其包括但不限于有机硼酐键、无机硼酐键、有机-无机硼酐键、饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、无机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键、无机硼酸硅酯键。
在本发明中所述的无硼动态共价键,在其动态结构组成中不含有硼原子,其包括但不限于动态连硫键、动态双硒键、动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅氧烷键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[4+2]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、动态可交换型三烷基锍键。
在本发明中,所述的非氢键型超分子作用,其包括但不限于金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、亲金属作用、偶极-偶极作用、卤键作用、路易斯酸碱对作用、阳离子-π作用、阴离子-π作用、苯-氟苯作用、π-π堆叠作用、离子氢键作用、自由基阳离子二聚作用、相分离作用、结晶作用。
本发明的实施方式中,所述的可选的氢键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氢键受体,优选同时含有氢键供体和氢键受体。
在本发明的实施方式中,所述的可选的氢键,其由存在于动态聚合物链骨架(包括主链和侧链/支链/ 分叉链骨架)、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所述动态聚合物组成成分如小分子化合物或者填料中。
在本发明的实施方式中,所述的组合杂化动态聚合物及其组成和原料组分中的聚合物链拓扑结构可选自线型、环状、支化、团簇、交联及其组合形式。
根据本发明的一个优选实施方式(第一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种基于可逆自由基的动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种结合性可交换型酰基键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种动态硅氧烷键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种动态硅醚键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的无硼动态共价键,其选自[2+2]环加成动态共价键、[4+2]环加成动态共价键、[4+4] 环加成动态共价键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种金属-配体作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种离子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种离子-偶极作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种主体-客体作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种路易斯酸碱对作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种π-π堆叠作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属 -配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物仅含有一个交联网络结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,含硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,无硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,超分子作用交联的交联度在其凝胶点以下,且三者中至少二者的交联度之和在其凝胶点以上。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物仅含有一个交联网络结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,含硼动态共价键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(第二十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物仅含有一个交联网络结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,无硼动态共价键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(第三十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物仅含有一个交联网络结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,超分子作用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(第三十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有两个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键以及至少一种无硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种非氢键型超分子作用,在至少一个交联网络中还可选地含有氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有两个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种无硼动态共价键以及至少一种非氢键型超分子作用,在至少一个交联网络中还可选地含有氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有两个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种无硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键以及至少一种非氢键型超分子作用,在至少一个交联网络中还可选地含有氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有三个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种无硼动态共价键,最后一个交联网络含有至少一种非氢键型超分子作用,在至少一个交联网络中还可选地含有氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有三个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键以及至少一种无硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种非氢键型超分子作用,最后一个交联网络含有至少一种氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种基于可逆自由基的动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种结合性可交换型酰基键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种动态硅氧烷键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种动态硅醚键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的无硼动态共价键,其选自[2+2]环加成动态共价键、 [4+2]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种金属-配体作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种离子作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种离子 -偶极作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种主体-客体作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种路易斯酸碱对作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种π-π堆叠作用以及可选的氢键作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4] 环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属 -配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、 [2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。
此外,根据本发明的优选实施方式,在所提供的杂化动态聚合物交联网络中还可以分散有交联度在凝胶点以下的非交联聚合物和/或交联度在凝胶点以上的聚合物颗粒,所述的非交联聚合物和/或聚合物颗粒,其可以含有含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用中的一种或任几种,也可以仅由普通共价键形成。
此外,本发明还可以有其他多种多样的动态聚合物结构实施方式,一个实施方式中可以包含多个相同或不相同的非交联聚合物链和/或交联聚合物网络,同一个交联网络中可以包含有不同的动态共价键交联和 /或不同的超分子作用交联,其中超分子作用可以与动态共价键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动态共价键交联网络相互作用,也可以以非交联聚合物的形式分散在动态共价键交联网络中。
在本发明的实施方式中,用于连接动态共价键和/或超分子基元的连接基可以选自杂原子连接基、二价或多价小分子烃基、二价或多价聚合物链残基、二价或多价无机小分子链残基、二价或多价无机大分子链残基中的任一种或任几种。
在本发明的实施方式中,所述的组合杂化动态聚合物及其原料组分,其可以具有一个或多个玻璃化转变温度,也可以没有玻璃化转变温度。对于所述组合杂化动态聚合物的玻璃化转变温度,其至少有一个低于0℃、或者处于0-25℃之间、或者处于25-100℃之间、或者高于100℃。
在本发明的实施方式中,所述的组合杂化动态聚合物的形态可以是溶液、乳液、膏、胶、普通固体、弹性体、凝胶(包括水凝胶、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)、泡沫材料等。
在组合杂化动态聚合物的制备过程中,还可以加入或使用某些可添加/使用的溶剂、其他助剂/添加剂、填料来共同组成动态聚合物材料。
在本发明的实施方式中,所述的组合杂化动态聚合物其可应用于以下材料或制品:自修复性涂层、自修复性板材、自修复性粘结剂、密封材料、韧性材料、储能器件材料、玩具、形状记忆材料。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明中的组合杂化动态聚合物,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用,充分利用了不同种动态共价键及其与超分子作用之间动态性的差异,发挥出正交性和协同性效果,获得具有自修复、可回收、可重复使用特性的组合杂化动态聚合物;同时,聚合物材料也能够体现出良好的加工性能,并且易于回收并再次利用,这在现有的聚合物体系中是较难实现的。本发明中所选用的含硼动态共价键动态性强、动态反应条件温和,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效果;而选用的无硼动态共价键能够在特定条件下保持稳定,起到提供平衡结构和力学强度的目的,又能够在另外的特定条件下体现出动态可逆性,使得材料能够进行完全的自修复、回收利用以及塑性形变;不同种类动态共价键的存在,使得聚合物对热量、光照、pH、氧化还原等外界刺激能够表现出不同的响应效果,通过选择性地控制外界条件,可以在适当的环境下促进或减缓动态可逆平衡,使动态聚合物处于所需的状态。通过将动态共价键与非氢键型超分子作用进行进一步结合,使得动态聚合物材料能够体现出多重响应效果及选择响应性,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。同时,由于没有凝胶点以上的普通共价交联,动态聚合物材料可以在较大程度内实现自修复、塑形、回收和再加工,使得聚合物材料具有更宽广的应用范围和更长久的使用寿命。
(2)本发明中的组合杂化动态聚合物中所包含的超分子作用除可以提供动态性以外,还存在多种其他性能:如卤键作用的方向性,阳离子-π作用、阴离子-π作用、主体-客体作用中对小分子/离子/基团的可控选择性和可控识别性,苯-氟苯作用、π-π堆叠作用的有序性,离子作用(正负离子对作用)、离子-偶极作用、离子氢键作用的pH、浓度敏感性、导电性,亲金属相互作用、自由基阳离子二聚作用的特殊光电性等特性,可以根据需求合理选用超分子作用进行材料设计,使得其兼具有其他性能。此外,还可以通过合理的选择设计超分子作用组合,得到丰富的性能,扩大其应用范围。如将主体-客体作用与其他超分子作用结合,可以增强小分子/离子/基团的可控选择性和可控识别性;将几种含有离子基团的超分子作用相结合,可以增强动态聚合物的导电性;将相互正交的超分子作用结合,可以得到对不同外界刺激做出不同响应的动态聚合物;将相互协同的超分子作用结合,可以得到力学性能更稳定的动态聚合物。
(3)本发明中的组合杂化动态聚合物结合了动态共价键以及超分子作用,并将其各自的优势进行了整合和利用,能够体现出良好的可调控性。通过控制作为原料的化合物的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和表观特征、性能可调、用途广泛的动态聚合物。例如,通过控制作为原料的化合物的官能团数和反应性基团数,可以制备出具有不同拓扑结构的动态聚合物;其中,对于非交联结构的动态聚合物,其能够在特定条件下进行快速自修复、回收重复使用以及加工成型,体现出良好的动态特性;对于动态交联结构的动态聚合物,其能够为基体提供较为良好的粘弹性和平衡结构,又能够在特定条件下体现出动态可逆性,从而可通过对聚合物结构的设计,制备出具有不同动态性和响应效果的聚合物材料。
(4)组合杂化动态聚合物中含有的含硼动态共价键、无硼动态共价键和超分子作用能够在特定条件下产生动态平衡反应,进行键的解离和重新键合,实现自修复和回收利用,体现出了良好的耐用性和重复使用性,这是其他聚合物材料难以达到的效果。不同种类的具有不同强度和动态性的动态共价键以及超分子作用的存在,使得本发明中的组合杂化动态聚合物能够体现出多重动态性及响应性。
参考下述实施方式说明、实施例和所附权利要求书,本发明的这些和其他特征以及优点将变得显而易见。
具体实施方式
本发明涉及一种组合杂化动态聚合物,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。
本发明中所用术语“聚合(反应/作用)”,指的是链的增长过程/作用,即指的是具有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。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”,其包含反应物分子链的线性增长过程,包含反应物分子链的支化过程,包含反应物分子链的成环过程,但并不包含反应物分子链的交联过程;在本发明的实施方式中,“聚合”包含由普通共价键、动态共价键的键合以及超分子作用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(反应/作用)”,指的是反应物分子间和/或反应物分子内通过形成动态共价键和/或普通共价键和/或超分子作用的化学和/或超分子化学连接生成三维无限网状型产物的过程。在交联过程中,聚合物链一般先在二维/三维方向不断增长,逐步形成团簇(可以是二维或者三维),再发展为三维无限网络。反应物在交联过程中,粘度突增,开始出现凝胶化现象,初次达到一个三维无限网络时的反应点,称为凝胶点,也称为渗滤阈值。处于凝胶点以上(包含凝胶点,在本发明中其他地方出现的交联度在其凝胶点以上的描述中均包含凝胶点)的交联反应产物,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反应产物,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。如非特别说明,本发明中的交联(拓扑结构)仅包括交联度达到凝胶点以上(含凝胶点)的三维无限网络(结构),非交联(结构)则特指交联度在其凝胶点以下的线型、环状、支化等结构以及二维、三维团簇结构。
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共价键。
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。
在本发明的实施方式中,所述的组合杂化动态聚合物及其组成和原料组分中的聚合物链拓扑结构可选自线型、环状、支化、团簇、交联及其组合形式。
其中,所述的“线型”结构,指的是聚合物分子链呈现的是规则或不规则的长链线状,一般由许多重复单元在一个连续长度上连接而成,聚合物分子链中的侧基一般不以支链存在;对于“线型结构”,其一般是由不含长链侧基的单体通过缩聚反应、加聚反应或开环反应等聚合形成。
其中,所述的“环状”结构,指的是聚合物分子链以环状链的形式存在,其包括单环、多环、桥环、嵌套环等形式的环状结构;对于“环状结构”,其可以通过线型或支化聚合物的分子内和/或分子间成环形成,也可以通过扩环聚合反应等方法制备。
其中,所述的“支化”结构,指的是在聚合物分子链上含有侧链、支链和分叉链等结构,包括但不限于星型、H型、梳型、树枝型、超支化及其组合等结构,以及其与线型、环状结构的进一步组合,例如线型链末端连接环状结构,环状结构与梳型结构结合,树枝型链末端连接环形链,等等;对于“聚合物的侧链、支链和分叉链等结构”,其可具有多级结构,例如在聚合物分子链的支链上可以继续带有一级或多级支链。对于“支化结构”,其制备方法诸多,一般为本领域的技术人员所熟知,例如可通过含有长链侧基的单体进行缩聚反应形成,或者在加聚过程中通过自由基的链转移反应形成,或者通过辐射和化学反应在线型分子链上延伸出分支结构形成。支化结构进一步进行分子内和/或分子间的反应(交联)即可产生团簇和交联结构。
其中,所述的“团簇”结构,指的是聚合物链进行分子内和/或分子间反应而产生的凝胶点以下的二维 /三维结构。
其中,所述的“交联”结构,特指的是聚合物具有的三维无限网络结构。
其中,所述的“组合形式”结构,特指一个聚合物结构中含有上述拓扑结构中的两种或两种以上,例如,以环型链作为梳型链的侧链,环型链带有侧链形成环型梳型链,环型链与直链形成蝌蚪型链和哑铃型链,还包括不同环型、不同支化、不同团簇及其与其他拓扑结构的组合结构,等等。
在本发明的实施方式中,所述的组合杂化动态聚合物及其组成和原料组分中均可以仅有一种拓扑形态的聚合物,也可以是有多种拓扑形态的聚合物的混合物。
在本发明的实施方式中,所述的组合杂化动态聚合物,其可以具有一个或多个玻璃化转变温度,也可以没有玻璃化转变温度。对于所述组合杂化动态聚合物的玻璃化转变温度,其至少有一个低于0℃、或者处于0-25℃之间、或者处于25-100℃之间、或者高于100℃;其中,玻璃化转变温度低于0℃的动态聚合物具有较好的低温使用性能,方便作为密封膏、密封胶、弹性体、凝胶等进行使用;玻璃化转变温度处于 0-25℃之间的动态聚合物能够有利于在常温下进行使用,也能够方便将其作为弹性体、密封膏、密封胶、凝胶、泡沫以及普通固体使用;玻璃化转变温度处于25-100℃之间的动态聚合物具有较强的力学性能,便于在室温以上获得普通固体、泡沫以及凝胶;玻璃化转变温度高于100℃的动态聚合物,其尺寸稳定性、力学强度、耐温性好,有利于作为应力承载材料进行使用。对于玻璃化转变温度低于25℃的动态聚合物,其能够体现出优良的动态性、自修复性、可回收性;对于玻璃化转变温度高于25℃的动态聚合物,其能够体现出良好的形状记忆能力、应力承载能力;此外,超分子作用的存在,能够对动态聚合物的玻璃化转变温度进行进一步的调控,对动态聚合物的动态性、交联度、机械强度进行补充。对于本发明中的动态聚合物,优选至少有一个玻璃化转变温度不高于50℃,更进一步优选至少有一个玻璃化转变温度不高于25℃,最优选各个玻璃化转变温度均不高于25℃。各个玻璃化温度均不高于25℃的体系由于在日常使用温度下具有良好的柔性和可流动性/蠕变性,因此特别适合作为自修复材料进行使用。对于动态聚合物的玻璃化转变温度,其可通过DSC、DMA等本领域中所通用的玻璃化转变温度的测定方法进行测定。
在本发明的实施方式中,组合杂化动态聚合物的各原料组分也可以具有一个或多个玻璃化转变温度,也可以没有玻璃化转变温度,其玻璃化转变温度,至少有一个低于0℃、或者处于0-25℃之间、或者处于 25-100℃之间、或者高于100℃,其中,玻璃化转变温度低于0℃的化合物原料在制备动态聚合物时便于进行低温制备和加工;玻璃化转变温度处于0-25℃之间的化合物原料在常温下即可进行制备加工成型;玻璃化转变温度处于25-100℃之间的化合物原料利用常规加热设备即可成型,制造成本低;玻璃化转变温度高于100℃的化合物原料可用于制备尺寸稳定性好、力学性能优良的耐高温材料。利用多种具有不同玻璃化转变温度的化合物原料制备动态聚合物,可以获得在不同范围内具有不同玻璃化转变温度的动态聚合物,其能够体现出多重的综合性能,兼具动态性和稳定性。
在本发明的实施方式中,可以通过化学方法改变聚合物链结构及其玻璃化转变温度。
在本发明中,所述的含硼动态共价键、无硼动态共价键和超分子作用的存在,是形成或维持聚合物结构的必要条件;所述的含硼动态共价键、无硼动态共价键和超分子作用一旦解离,聚合物体系即可分解成以下任一种或任几种次级单元:单体、聚合物链片段、聚合物团簇等非交联单元,甚至交联的聚合物碎片等单元;同时,动态聚合物和上述单元之间可通过含硼动态共价键、无硼动态共价键和超分子作用的键合和解离实现相互转化和动态可逆。
所述的组合杂化动态聚合物,其可以在聚合物的任意合适的位置上含有所述的动态共价键和超分子作用;动态聚合物中的动态共价键和所述的超分子作用既可以独立又可以协同地发挥作用。对于非交联的动态聚合物,既可以在聚合物主链骨架上含有动态共价键,也可以在聚合物侧链/支链/分叉链骨架上含有动态共价键;对于交联的动态聚合物,既可以在交联网络链骨架上含有动态共价键,也可以在交联网络链骨架的侧链/支链/分叉链骨架上含有动态共价键;本发明也不排除在聚合物链的侧基和/或端基上、聚合物的其他组成成分如小分子、填料等上含有动态共价键。在本发明的实施方式中,动态共价键优选位于聚合物主链骨架上(对于非交联结构)和聚合物交联网络链骨架上(对于交联结构)。所述的超分子作用,其可以由存在于动态聚合物结构中任一处或多处的超分子基元之间形成;其中,所述的超分子基元,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;也可以存在于所述动态聚合物组成成分如小分子化合物或者填料中。所述的动态共价键和超分子作用在特定情况下,可以进行可逆断裂和再生成;在合适的条件下,动态聚合物中任何位置的动态共价键和超分子作用都可以参与动态可逆交换。
在本发明中所述的“骨架”指的是聚合物链的链长方向。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。所述的“主链”,如非特别说明,指的是在聚合物结构中具有最多链节数的链。所述的“侧链”,指的是在聚合物结构中同聚合物主链骨架或交联网络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;在本发明中,为简单起见,如非特别说明,将侧链、支链、分叉链统一称为侧链。其中,所述的“侧基”,指的是在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。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,其中的侧链也包括支链和分叉链等链结构。所述的“端基”,指的是在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。对于超支化和树枝状链及其相关的链结构,其中的聚合物链均可以视为主链,但在本发明中,除非特别说明,最外围的链视为侧链,其余的链视为主链。在本发明中,所述“侧链”、“侧基”、“端基”也适用于通过超分子作用进行超分子聚合的小分子单体和大分子单体。对于非交联结构,所述的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;对于交联结构,所述的聚合物链骨架包括存在于交联网络中的任意链段的骨架(即交联网络链骨架)及其侧链、支链、分叉链等链骨架。
在本发明中所述的含硼动态共价键,在其动态结构组成中含有硼原子,其包括但不限于有机硼酐键、无机硼酐键、有机-无机硼酐键、饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、无机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键、无机硼酸硅酯键这十五类键;其中,每一类的含硼动态共价键中,可以包含有多种的含硼动态共价键结构。本发明中所述的含硼动态共价键,当其选自两种或两种以上时,其可以选自同一类含硼动态共价键中的不同种结构,也可以选自不同类含硼动态共价键中的不同种结构,其中,为了达到正交和/或协同的动态调节效果,优选不同类含硼动态共价键中的不同种结构。
本发明中所述的有机硼酐键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,有机硼酐键中的各个硼原子均至少与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;同一个硼原子上的不同
可以连接成环,不同硼原子上的
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。典型的有机硼酐键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的有机硼酐键,其可以通过化合物原料中含有的有机硼酸基元与有机硼酸基元反应形成,也可以利用含有有机硼酐键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的无机硼酐键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,Y
1、Y
2、Y
3、Y
4各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,优选自氧原子,并且Y
1、Y
2至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,Y
3、Y
4至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中a、b、c、d分别表示与Y
1、Y
2、Y
3、Y
4相连的连接个数;当Y
1、Y
2、Y
3、Y
4各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,a、b、c、d=0;当Y
1、 Y
2、Y
3、Y
4各自独立地选自氧原子、硫原子时,a、b、c、d=1;当Y
1、Y
2、Y
3、Y
4各自独立地选自氮原子、硼原子时,a、b、c、d=2;当Y
1、Y
2、Y
3、Y
4各自独立地选自硅原子时,a、b、c、d=3;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
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。典型的无机硼酐键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的无机硼酐键,其可以通过化合物原料中含有的无机硼酸基元与无机硼酸基元反应形成,也可以利用含有无机硼酐键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的有机-无机硼酐键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,Y
1、Y
2各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,优选自氧原子,并且Y
1、Y
2至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;其中,结构中的硼原子至少与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中a、b分别表示与 Y
1、Y
2相连的连接个数;当Y
1、Y
2各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,a、b=0;当Y
1、Y
2各自独立地选自氧原子、硫原子时,a、b=1;当Y
1、Y
2各自独立地选自氮原子、硼原子时,a、 b=2;当Y
1、Y
2各自独立地选自硅原子时,a、b=3;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
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。典型的有机 -无机硼酐键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的有机-无机硼酐键,其可以通过化合物原料中含有的有机硼酸基元与无机硼酸基元反应形成,也可以利用含有有机-无机硼酐键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的饱和五元环有机硼酸酯键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;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、醚环、缩合环及其组合。典型的饱和五元环有机硼酸酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的饱和五元环有机硼酸酯键,其可以通过化合物原料中含有的1,2-二醇基元与有机硼酸基元反应形成,也可以利用含有饱和五元环有机硼酸酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的不饱和五元环有机硼酸酯键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;
表示任意元数的芳香族环,优选自六元环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于不饱和五元环有机硼酸酯键中;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。典型的不饱和五元环有机硼酸酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的不饱和五元环有机硼酸酯键,其可以通过化合物原料中含有的邻二酚基元与有机硼酸基元反应形成,也可以利用含有不饱和五元环有机硼酸酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的饱和六元环有机硼酸酯键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;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、醚环、缩合环及其组合。典型的饱和六元环有机硼酸酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的饱和六元环有机硼酸酯键,其可以通过化合物原料中含有的1,3-二醇基元与有机硼酸基元反应形成,也可以利用含有饱和六元环有机硼酸酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的不饱和六元环有机硼酸酯键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;
表示任意元数的芳香族环,优选自六元环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于不饱和六元环有机硼酸酯键中;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;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。典型的不饱和六元环有机硼酸酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的不饱和六元环有机硼酸酯键,其可以通过化合物原料中含有的2-羟甲基酚基元与有机硼酸基元反应形成,也可以利用含有不饱和六元环有机硼酸酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
在本发明中,所述的饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键,其结构中的硼原子优选与氨甲基苯基团(
*表示与硼原子相连的位置)相连;形成所述饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键的有机硼酸基元优选氨甲基苯硼酸(酯)基元。
由于氨甲基苯硼酸(酯)基元在与1,2-二醇基元和/或邻二酚基元和/或1,3-二醇基元和/或2-羟甲基酚基元进行反应时具有较高的反应活性,形成的含硼动态共价键具有较强的动态可逆性,可在较为温和的中性条件下进行动态可逆反应,能够表现出灵敏的动态响应效果,作为动态聚合物材料将体现出更大的优势。
此类含硼动态共价键的典型结构可举例如:
本发明中所述的饱和五元环无机硼酸酯键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,Y
1选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中a表示与Y
1相连的连接个数;当Y
1选自氧原子、硫原子时,a=1;当Y
1选自氮原子、硼原子时,a=2;当Y
1选自硅原子时,a=3;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、醚环、缩合环及其组合。典型的饱和五元环无机硼酸酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的饱和五元环无机硼酸酯键,其可以通过化合物原料中含有的1,2-二醇基元与无机硼酸基元反应形成,也可以利用含有饱和五元环无机硼酸酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的不饱和五元环无机硼酸酯键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,Y
1选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中a表示与Y
1相连的连接个数;当Y
1选自氧原子、硫原子时,a=1;当Y
1选自氮原子、硼原子时,a=2;当Y
1选自硅原子时,a=3;
表示任意元数的芳香族环,优选自六元环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于不饱和五元环无机硼酸酯键中;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。典型的不饱和五元环无机硼酸酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的不饱和五元环无机硼酸酯键,其可以通过化合物原料中含有的邻二酚基元与无机硼酸基元反应形成,也可以利用含有不饱和五元环无机硼酸酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的饱和六元环无机硼酸酯键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,Y
1选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,优选自氧原子;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中a表示与Y
1相连的连接个数;当Y
1选自氧原子、硫原子时,a=1;当Y
1选自氮原子、硼原子时,a=2;当Y
1选自硅原子时,a=3;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、醚环、缩合环及其组合。典型的饱和六元环无机硼酸酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的饱和六元环无机硼酸酯键,其可以通过化合物原料中含有的1,3-二醇基元与无机硼酸基元反应形成,也可以利用含有饱和六元环无机硼酸酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的不饱和六元环无机硼酸酯键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,Y
1选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中a表示与Y
1相连的连接个数;当Y
1选自氧原子、硫原子时,a=1;当Y
1选自氮原子、硼原子时,a=2;当Y
1选自硅原子时,a=3;
表示任意元数的芳香族环,优选自六元环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于不饱和六元环无机硼酸酯键中;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;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。典型的不饱和六元环无机硼酸酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的不饱和六元环无机硼酸酯键,其可以通过化合物原料中含有的2-羟甲基酚基元与无机硼酸基元反应形成,也可以利用含有不饱和六元环无机硼酸酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的有机硼酸单酯键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,硼原子至少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; I
1选自二价连接基团;I
2选自与两个碳原子直接相连的双键、与两个碳原子直接相连的三价碳烯基团
二价非碳原子、含有至少两个骨架原子的连接基;
表示任意元数的芳香族环,优选自六元环;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;同一个碳原子、硼原子上的不同
可以连接成环,不同碳原子、硼原子上的
也可以连接成环,也可以与I
1、I
2中的取代原子(取代基)一同成环,所述的环包括但不仅限于脂肪族环、醚环、缩合环及其组合,其中,6、7结构成环后形成的有机硼酸单酯键不为之前所述的饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键和不饱和六元环有机硼酸酯键。典型的有机硼酸单酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的有机硼酸单酯键,其可以通过化合物原料中含有的单醇基元与有机硼酸基元反应形成,也可以利用含有有机硼酸单酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的无机硼酸单酯键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,Y
1~Y
13各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,优选自氧原子,并且Y
1、Y
2;Y
3、Y
4;Y
5、Y
6、Y
7、Y
8;Y
9、Y
10、Y
11、Y
12至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;Y
14选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;I
1选自二价连接基团;I
2选自与两个碳原子直接相连的双键、与两个碳原子直接相连的三价碳烯基团
二价非碳原子、含有至少两个骨架原子的连接基;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中a~n分别表示与Y
1~Y
14相连的连接个数;当Y
1~Y
13各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,a~m=0;当Y
1~Y
14各自独立地选自氧原子、硫原子时,a~n=1;当Y
1~Y
14各自独立地选自氮原子、硼原子时,a~n=2;当Y
1~Y
14各自独立地选自硅原子时,a~n=3;
表示任意元数的芳香族环,优选自六元环;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;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,也可以与I
1、I
2中的取代原子 (取代基)一同成环,所述的环包括但不仅限于脂肪族环、醚环、缩合环及其组合,其中,5、6、7、8结构成环后形成的无机硼酸单酯键不为之前所述的饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键和不饱和六元环无机硼酸酯键。典型的无机硼酸单酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的无机硼酸单酯键,其可以通过化合物原料中含有的单醇基元与无机硼酸基元反应形成,也可以利用含有无机硼酸单酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的有机硼酸硅酯键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,硼原子至少与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
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。典型的有机硼酸硅酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的有机硼酸硅酯键,其可以通过化合物原料中含有的硅醇基元与有机硼酸基元反应形成,也可以利用含有有机硼酸硅酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的无机硼酸硅酯键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,Y
1、Y
2、Y
3各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,优选自氧原子,并且Y
1、Y
2至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中a、b、c分别表示与Y
1、Y
2、 Y
3相连的连接个数;当Y
1、Y
2、Y
3各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,a、b、 c=0;当Y
1、Y
2、Y
3各自独立地选自氧原子、硫原子时,a、b、c=1;当Y
1、Y
2、Y
3各自独立地选自氮原子、硼原子时,a、b、c=2;当Y
1、Y
2、Y
3各自独立地选自硅原子时,a、b、c=3;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
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。典型的无机硼酸硅酯键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的无机硼酸硅酯键,其可以通过化合物原料中含有的硅醇基元与无机硼酸基元反应形成,也可以利用含有无机硼酸硅酯键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明实施方式中所述的有机硼酸基元,其选自但不仅限于以下任一种结构:
其中,K
1、K
2、K
3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:小分子烃基、小分子硅烷基、聚合物链残基;K
4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:二价小分子烃基、二价小分子硅烷基、二价聚合物链残基;M
1 +、M
2 +、M
3 +为一价阳离子,优选自 Na
+、K
+、NH
4 +;M
4 2+为二价阳离子,优选自Mg
2+、Ca
2+、Zn
2+、Ba
2+;X
1、X
2、X
3为卤素原子,优选自氯原子和溴原子;D
1、D
2为与硼原子相连的基团,D
1、D
2不相同且各自独立地选自羟基(-OH)、酯基(-Ok
1)、盐基(-O
-M
1 +)、卤素原子(-x
1),其中,K
1、M
1 +、X
1的定义与之前所述相一致,这里不再赘述;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;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;同一个硼原子上的不同
可以连接成环,所述的环包括但不仅限于脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合。
本发明实施方式中所述的无机硼酸基元,其选自但不仅限于以下结构:
其中,W
1、W
2、W
3各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,优选自氧原子,并且W
1、W
2、W
3至少一个选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中x、y、z分别表示与W
1、W
2、W
3相连的连接个数;当W
1、W
2、W
3各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,x、y、z=0;当W
1、W
2、W
3各自独立地选自氧原子、硫原子时,x、y、z=1;当W
1、W
2、 W
3各自独立地选自氮原子、硼原子时,x、y、z=2;当W
1、W
2、W
3各自独立地选自硅原子时,x、y、z=3;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
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。
本发明实施方式中所述的无机硼酸基元,其优选通过以无机硼烷、无机硼酸、无机硼酸酐、无机硼酸盐、无机硼酸酯、无机卤化硼作为原料进行引入。
本发明实施方式中所述的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;
本发明实施方式中所述的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;
对于1,2-二醇基元和1,3-二醇基元,其可以为线型结构,也可以为环状基团结构。
对于线型的1,2-二醇基元结构,其可选自类B结构中的任一种或任几种及其异构形式:
类B:
对于线型的1,3-二醇基元结构,其可选自类C结构中的任一种或任几种及其异构形式:
类C:
其中,R
1~R
3为与1,2-二醇基元相连的一价基团;R
4~R
8为与1,3-二醇基元相连的一价基团;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;其中,R
1~R
8各自独立地选自以下任一种结构:氢原子、杂原子基团、小分子烃基、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。
对于环状的1,2-二醇基元结构,其可由乙二醇分子中的两个碳原子间通过同一个基团相连而成;其中,环状基团结构为3~200元环,优选3~10元环,更优选3~6元环,环状基团结构的数量为1个、2个或更多个,环状基团结构选自但不仅限于以下任一种:脂肪族环、醚环、缩合环及其组合;合适的环状基团结构举例如:
对于环状的1,3-二醇基元结构,其可由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;其中,环状基团结构为3~200元环,优选3~10元环,更优选3~6元环,环状基团结构的数量为1个、2 个或更多个,环状基团结构选自但不仅限于以下任一种:脂肪族环、醚环、缩合环及其组合;合适的环状基团结构举例如:
在本发明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,合适的邻二酚基元结构举例如:
在本发明中所述的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,合适的2-羟甲基酚基元结构举例如:
本发明实施方式中所述的单醇基元,其指的是由一个羟基以及与该羟基直接相连的碳原子所组成的结构基元(
其中,碳原子可以为非芳香烃碳原子,也可以为芳香烃碳原子),且在1,2-二醇基元、邻二酚基元、1,3-二醇基元、2-羟甲基酚基元形成不饱和/饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和/饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和/饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和/饱和六元环无机硼酸酯键的情况下,所述的单醇基元不为1,2-二醇基元、邻二酚基元、1,3-二醇基元、2-羟甲基酚基元中的羟基,除此情况外,单醇基元也可以选自任意合适二元(多元)醇化合物和/或基团中的任一个羟基。合适的含有单醇基元的结构可以举例如:
本发明实施方式中所述的硅醇基元,其指的是由硅原子以及与该硅原子相连的一个羟基或可水解得到羟基的基团所组成的结构基元(
其中Z可选自卤素、氰基、氧氰基、硫氰基、烷氧基、氨基、硫酸酯基、硼酸酯基、酰基、酰氧基、酰氨基、酮肟基、醇盐基等,优选卤素、烷氧基)。
本发明中所述的含硼动态共价键动态性强、动态反应条件温和,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效果,可以进一步提高制备效率,降低使用环境局限性,扩展聚合物的应用范围。
在本发明中所述的无硼动态共价键,在其动态结构组成中不含有硼原子,其包括但不限于动态连硫键、动态双硒键、动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅氧烷键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[4+2]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、动态可交换型三烷基锍键这二十三类键;其中,每一类的无硼动态共价键中,可以包含有多种的无硼动态共价键结构。本发明中所述的无硼动态共价键,当其选自两种或两种以上时,其可以选自同一类无硼动态共价键中的不同种结构,也可以选自不同类无硼动态共价键中的不同种结构,其中,为了达到正交和/或协同的动态调节效果,优选不同类无硼动态共价键中的不同种结构。
本发明中,所述的动态连硫键,其包括动态双硫键和动态多硫键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;在本发明中所述的动态连硫键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,x为S原子的个数,x≥2,
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接。典型的动态连硫键结构可举例如:
在本发明实施方式中,所述的用于激活动态连硫键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、加入氧化还原剂、加入催化剂、加入引发剂、光照、辐射、微波、等离子体作用、调节pH等作用方式。例如,通过加热可以使得所述的动态连硫键断裂形成硫自由基,从而发生动态连硫键的解离及交换反应,降温后动态连硫键重新形成而稳定下来,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。光照也可以使得所述的动态连硫键断裂形成硫自由基,从而发生双硫键的解离及交换反应,去除光照后动态连硫键重新形成,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。辐射、微波及等离子体可以在体系中产生自由基与动态连硫键作用从而获得自修复性和再加工性。催化剂的存在能够促进动态连硫键的形成和交换,从而加快自修复过程和获得再加工性,其中,所述的催化剂包括但不限于四(三苯基膦)氢化铑、1,8-二氮杂双环(5.4.0) 十一碳-7-烯、氯化亚铜、甲基丙烯酸酯-铜复合催化剂、烷基膦(如三苯基膦、三丁基膦、三环己基膦、二苯基环己基磷、二环己基苯基膦)。在本发明实施方式中,还可以通过在体系中加入氧化还原剂来实现双硫键的动态反应。其中,所述的还原剂能够促进动态连硫键的解离形成巯基,从而获得可回收性和再加工性;所述的氧化剂能够促进动态连硫键的形成,从而获得二次成型性。其中,所述的还原剂包括但不限于次硫酸钠、硼氢化钠、二硫苏糖醇、2-巯基乙醇、谷胱甘肽、烷基硫醇(如甲基硫醇、乙基硫醇、丙基硫醇等)、烷基膦(如三苯基膦、三丁基膦、三环己基膦、二苯基环己基磷、二环己基苯基膦等)等;所述的氧化剂包括但不限于空气、二氧化铅、二氧化锰、有机过氧化物(如过氧化二苯甲酰、过氧化氢、臭氧、对醌二肟、二硫化物)等。所述的动态聚合物还可以通过在体系中加入引发剂,然后再在加热、光照、辐射、微波及等离子体作用下产生自由基,促进动态连硫键的解离或交换,获得自修复性或循环利用可回收性。其中,所述的引发剂包括但不限于以下任一种或任几种引发剂:光引发剂,如2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮 (DMPA)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)、二苯甲酮、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮和α-酮戊二酸;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;其中,引发剂优选2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、偶氮二异丁腈、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、过硫酸钾。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的动态连硫键,其可以通过化合物原料中含有的巯基的氧化偶联反应,硫自由基的成键反应形成,也可以利用含有双硫键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有双硫键的化合物原料没有特别限制,优选含有连硫键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸、酯、酰胺及硫磺、巯基化合物,更优选含有连硫键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的动态双硒键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;在本发明中所述的动态双硒键,其选自但不仅限于如下结构:
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/原子的连接。典型的动态双硒键结构可举例如:
在本发明实施方式中,所述用于激活动态双硒键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、加入氧化还原剂、加入催化剂、加入引发剂、光照、辐射、微波、等离子体作用等作用方式,从而使得动态聚合物表现出良好的自修复性、循环利用可回收性、刺激响应性等。例如,加热可以使得所述的动态双硒键断裂形成硒自由基,从而发生双硒键的解离及交换反应,降温后动态双硒键重新形成而稳定下来,表现出自修复性和再加工性;可以通过激光照射使得含有双硒键的聚合物获得良好的自修复性能;通过利用辐射、微波及等离子体可以在体系中产生自由基与动态双硒键作用从而获得自修复性和再加工性。还可以通过在体系中添加氧化还原剂使得动态聚合物获得循环利用可回收性;其中还原剂能够促进动态双硒键解离成为硒醇,使得所述动态聚合物解离;氧化剂能够氧化硒醇形成动态双硒键,从而获得再加工性。其中,所述的还原剂的种类包括但不限于次硫酸钠、硼氢化钠、二硫苏糖醇、2-巯基乙醇、谷胱甘肽、三(2- 羰基乙基)磷盐酸盐、烷基硫醇(如甲基硫醇、乙基硫醇、丙基硫醇等)、烷基膦(如三苯基膦、三丁基膦、三环己基膦、二苯基环己基磷、二环己基苯基膦等);所述的氧化剂种类包括但不限于空气、二氧化铅、二氧化锰、有机过氧化物(如过氧化二苯甲酰、过氧化氢、臭氧、对醌二肟、二硫化物)等。所述的动态聚合物还可以通过在体系中加入引发剂,然后再在加热、光照、辐射、微波及等离子体作用下产生自由基,促进动态双硒键的解离或交换,获得自修复性或循环利用可回收性。其中,所述的引发剂包括但不限于以下任一种或任几种引发剂:光引发剂,如2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、 1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)、二苯甲酮、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2- 甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮和α-酮戊二酸;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;其中,引发剂优选2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、偶氮二异丁腈、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、过硫酸钾。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的动态双硒键,其可以通过化合物原料中含有的硒醇的氧化偶联反应、硒自由基的成键反应形成,也可以利用含有双硒键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有双硒键的化合物原料没有特别限制,优选含有双硒键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸、二硒化物(如二硒化钠、二硒化二氯),更优选含有双硒键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的动态硒氮键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;在本发明中所述的动态硒氮键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,X选自卤素离子,优选氯离子、溴离子,
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团 /原子的连接。典型的动态硒氮键结构可举例如:
在本发明实施方式中,所述用于激活动态双硒键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、加入酸碱催化剂等作用方式,从而使得动态聚合物表现出良好的自修复性、循环利用可回收性、刺激响应性等。其中,所述的酸碱催化剂可选自:(1)无机酸、有机酸及其酸式盐类催化剂。无机酸可以举例如,硫酸、盐酸和磷酸等;有机酸可以举例如,甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸等;盐类可以举例如,硫酸盐、硫酸氢盐、磷酸氢盐等。(2)IA族碱金属及其化合物,可以举例如,锂、氧化锂、乙酰丙酮化锂、甲醇钠、乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸艳等。(3)IIA族碱金属及其化合物,可以举例如,钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、乙醇镁等。(4)铝金属及其化合物,可以举例如,铝粉、氧化铝、铝酸钠、含水的氧化铝和氢氧化钠的复合物、烷氧基铝类化合物等。(5)有机化合物,可以举例如,氯化铵、三乙胺、三乙胺盐酸盐、吡啶、羟胺、盐酸羟胺、硫酸羟胺、N-甲基羟胺盐酸盐、苄胺盐酸盐、邻苄基羟胺、邻苄基羟胺盐酸盐、丁醛肟、苯甲醛肟、一水合肼、N,N'-二苯基硫脲、三氟甲基磺酸钪(Sc(OTf)3)等。(6)二价铜化合物,可以举例如,醋酸铜等。(7)三价铁化合物,可以举例如,三氯化铁水溶液、硫酸铁水合物、硝酸铁水合物等。其中,优选硫酸、盐酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钙、三乙胺、吡啶、醋酸铜。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的动态硒氮键,其可以通过化合物原料中含有的苯基硒卤代物和吡啶衍生物反应形成。
本发明中,所述的缩醛类动态共价键,其包括动态缩酮键、动态缩醛键、动态缩硫酮键、动态缩硫醛键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、缩酮反应以及交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述用于激活缩醛类动态共价键动态可逆性的“一定条件”,指的是加热、合适的酸性含水条件等。在本发明中所述的缩醛类动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,X
1、X
2、X
3、X
4各自独立地选自氧原子、硫原子、氮原子,优选自氧原子、硫原子;R
1、R
2各自独立地选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;R
3、R
4各自独立地选自单键、杂原子连接基、二价或多价小分子烃基、二价或多价聚合物链残基;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中,不同的
可以连接成环,所述的环包括但不限于脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合。典型的缩醛类动态共价键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述的缩醛类动态共价键可以在酸性水溶液中发生解离,在无水的酸性条件下形成,具有良好的pH刺激响应性,因此可以通过酸性环境的调节获得动态可逆性。
在本发明实施方式中,可以用于动态缩酮反应的酸包括但不限于对甲苯磺酸、对甲苯磺酸吡啶鎓、盐酸、硫酸、草酸、碳酸、丙酸、壬酸、硅酸、乙酸、硝酸、铬酸、磷酸、4-氯-苯亚磺酸、对甲氧基苯甲酸、 1,4-苯二甲酸、4,5-二氟-2-硝基苯乙酸、2-溴-5-氟苯丙酸、溴乙酸、氯乙酸、苯乙酸、己二酸等。本发明中所用的酸呈现的状态不受限制,可以是单纯的酸,酸的有机溶液,酸的水溶液,还可以是酸的蒸汽等形式。本发明还可以对所述酸的不同状态进行组合形式的使用,如先使用对甲苯磺酸的有机溶液促进动态共价键的形成,再使用盐酸的水溶液使得所述动态共价键解离获得循环利用可回收性等。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的缩醛类动态共价键,其可以通过化合物原料中含有的酮基、醛基与羟基、巯基通过缩合反应形成,也可以利用缩醛类动态共价键与醇、硫醇、醛、酮的交换反应形成,也可以利用含有缩醛类动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有缩醛类动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有缩醛类动态共价键的多元醇、多元硫醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸,更优选含有缩醛类动态共价键的多元醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的基于碳氮双键的动态共价键,其包括动态亚胺键、动态肟键、动态腙键、动态酰腙键,其在一定条件下可以被激活,并发生动态共价键的解离、缩合以及交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述用于激活基于碳氮双键的动态共价键动态可逆性的“一定条件”,指的是合适的pH含水条件、合适的催化剂存在条件、加热条件、加压条件等。在本发明中所述的基于碳氮双键的动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,R
1为二价或多价小分子烃基;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接。典型的基于碳氮双键的动态共价键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述的用于促进基于碳氮双键的动态共价键的解离和缩合反应的合适的pH 含水条件,其指的是将动态聚合物溶胀于一定pH值的含水溶液中,或者用一定pH值的含水溶液润湿其表面,使得动态聚合物中的基于碳氮双键的动态共价键具有动态可逆性。其中,上述的含水溶液,其可以全为水溶液,或者为含有水的有机溶液、齐聚物、增塑剂、离子液体。所选用的含水溶液的pH值,其根据所选用的基于碳氮双键的动态共价键的种类而改变,例如,对于动态苯甲酰亚胺键,可选用pH≤6.5的酸性溶液使其产生水解,对于动态酰腙键,可选用pH≤4的酸性溶液使其产生水解。
其中,用于基于碳氮双键的动态共价键的解离、缩合以及交换反应的酸碱催化剂可选自:(1)无机酸、有机酸及其酸式盐类催化剂。无机酸可以举例如,硫酸、盐酸和磷酸等;有机酸可以举例如,甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸等;盐类可以举例如,硫酸盐、硫酸氢盐、磷酸氢盐等。(2)IA族碱金属及其化合物,可以举例如,锂、氧化锂、乙酰丙酮化锂、甲醇钠、乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸艳等。(3)IIA族碱金属及其化合物,可以举例如,钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、乙醇镁等。(4)铝金属及其化合物,可以举例如,铝粉、氧化铝、铝酸钠、含水的氧化铝和氢氧化钠的复合物、烷氧基铝类化合物等。(5)有机化合物,可以举例如,氯化铵、三乙胺、三乙胺盐酸盐、吡啶、羟胺、盐酸羟胺、硫酸羟胺、N-甲基羟胺盐酸盐、苄胺盐酸盐、邻苄基羟胺、邻苄基羟胺盐酸盐、丁醛肟、苯甲醛肟、一水合肼、N,N'-二苯基硫脲、三氟甲基磺酸钪(Sc(OTf)3)等。(6)二价铜化合物,可以举例如,醋酸铜等。(7)三价铁化合物,可以举例如,三氯化铁水溶液、硫酸铁水合物、硝酸铁水合物等。其中,优选硫酸、盐酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钙、三乙胺、吡啶、醋酸铜。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的基于碳氮双键的动态共价键,其可以通过化合物原料中含有的酮基、醛基、酰基与氨基、肼基、酰肼基通过缩合反应形成,也可以利用含有基于碳氮双键的动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有基于碳氮双键的动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有基于碳氮双键的动态共价键的多元醇、多元硫醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸,更优选含有基于碳氮双键的动态共价键的多元醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的基于可逆自由基的动态共价键,其在一定条件下可以被激活,形成可逆氧/硫/碳/氮自由基,并发生键的键合或交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的“基于可逆自由基的动态共价键的交换反应”是指聚合物中旧的动态共价键解离后形成的中间态可逆自由基在别处形成新的动态共价键,从而产生链的交换和聚合物拓扑结构的变化。在本发明中所述的基于可逆自由基的动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,X
1、X
2为与氮原子直接相连的具有位阻效应的二价或多价基团,其各自独立地选自二价或多价C
3-20烷基、二价或多价环C
3-20烷基、苯基、苄基、芳烃基、羰基、砜基、磷酸基及以上基团的不饱和形式、被取代形式、被杂化形式及其组合,更优选自亚异丙基、亚异丁基、亚异戊基、亚异己基、亚环己基、亚苯基、亚苄基、羰基、砜基、磷酸基;R’为与碳原子直接相连的基团,其各自独立地选自氢原子、C
3-20烷基、环C
3-20烷基、苯基、苄基、芳烃基及以上基团的不饱和形式、被取代形式、被杂化形式及其组合,R’优选自氢原子、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、苯基、苄基、甲基苄基,R’更优选自甲基、乙基、异丙基、苯基、苄基;其中,W各自独立地选自氧原子、硫原子;W
1各自独立地选自醚基、硫醚基、仲胺基及其取代基,优选自醚基;W
2各自独立地选自醚基、硫醚基、仲胺基及其取代基、羰基、硫代羰基、二价甲基及其取代基,优选自硫醚基、仲胺基及其取代基、羰基;W
3各自独立地选自醚基、硫醚基;W
4各自独立地选自直接键、醚基、硫醚基、仲胺基及其取代基、羰基、硫代羰基、二价甲基及其取代基,优选自直接键、醚基、硫醚基;不同位置的W、W
1、W
2、W
3、W
4的结构可以相同,也可以不相同;其中,R
1各自独立地选自氢原子、卤素原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基,R
1优选自氢原子、羟基、氰基、羧基、C
1-20烷基、C
1-20芳烃基、C
1-20杂芳烃基、取代的C
1-20烷基、取代的杂C
1-20烷基,R
1进一步优选自氢原子、甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、羟基、氰基、羧基、甲基氧酰基、乙基氧酰基、丙基氧酰基、丁基氧酰基、甲基胺基酰基、乙基胺基酰基、丙基胺基酰基、丁基胺基酰基,不同位置的R
1可以相同,也可以不相同;其中,R
2各自独立地选自氢原子、氰基、羟基、苯基、苯氧基、C
1-10烷基、C
1-10烷氧基、C
1-10烷氧基酰基、C
1-10烷基酰氧基、三甲基硅氧基、三乙基硅氧基;其中,L’为二价连接基,其选自单键、杂原子连接基、二价小分子烃基,L’优选自酰基、酰氧基、酰硫基、酰胺基、氧酰基、硫酰基、亚苯基、二价C
1-20烷基、取代的二价C
1-20烷基、取代的二价C
1-20杂烷基,L’更优选自酰基、氧酰基、胺基酰基、亚苯基,不同位置的L’可以相同,也可以不相同;其中,V、 V’各自独立选自碳原子、氮原子,不同位置的V、V’可以相同,也可以不相同,当V、V’选自氮原子时,与V、V’相连的
不存在;其中,
表示的环状基团结构为芳香族环或杂化芳香族环,其环状基团结构的成环原子各自独立地选自碳原子、氮原子或者其他杂原子,环状基团结构优选自6~50元环,更优选自 6-12元环;各个成环原子上的氢原子可以被取代,或者不被取代;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;其中,X
1与X
2上的
可以连接成环,其可形成如下结构:
其中,所述的环为任意元数的含氮脂肪族环、含氮芳香族环或其组合,其中至少有一个成环原子为氮原子,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,所述的环优选自含氮五元环、含氮六元环,最优选自2,2,6,6-四甲基-哌啶、4,4,5,5-四甲基-咪唑、2,2,5,5-四甲基吡咯、马来酰亚胺、琥珀酰亚胺、三嗪酮。典型的基于可逆自由基的动态共价键结构可举例如:
在本发明实施方式中,所述用于激活基于可逆自由基的动态共价键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、加入引发剂、光照、辐射、微波、等离子体作用等作用方式。例如,通过加热可以使得所述的动态共价键断裂形成氮氧自由基/氮硫自由基/碳自由基,从而发生动态共价键的解离及交换反应,降温后动态共价键重新形成而稳定下来,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。光照也可以使得所述的动态共价键断裂形成氮氧自由基/氮硫自由基/碳自由基,从而发生动态共价键的解离及交换反应,去除光照后动态共价键重新形成,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。辐射、微波及等离子体可以在体系中产生自由基与动态共价键作用从而获得自修复性和再加工性。引发剂的能够产生自由基,促进动态共价键的解离或交换,获得自修复性或循环利用可回收性。其中,所述的引发剂包括但不限于以下任一种或任几种引发剂:光引发剂,如2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)、二苯甲酮、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮和α-酮戊二酸;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;其中,引发剂优选2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、偶氮二异丁腈、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、过硫酸钾。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的基于可逆自由基的动态共价键,其可以通过化合物原料中含有的氮氧自由基、氮硫自由基、碳自由基、氮自由基的成键反应或其他合适的偶合等反应形成;其可以在聚合物中原位生成,也可以利用含有基于可逆自由基的动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有基于可逆自由基的动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有基于可逆自由基的动态共价键的多元醇、多元硫醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸,更优选含有基于可逆自由基的动态共价键的多元醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的结合性可交换型酰基键,其在一定条件下可以被激活,并与亲核基团发生结合性酰基交换反应(如结合性酯交换反应、结合性酰胺交换反应、结合性氨基甲酸酯交换反应、结合性插乙烯酰胺或插乙烯氨基甲酸酯的交换反应等),体现出动态可逆特性;其中,所述“结合性酰基交换反应”是指结合性可交换型酰基键先与亲核基团结合形成中间结构,再进行酰基交换反应形成新的动态共价键,从而产生链的交换和聚合物拓扑结构的变化,在这其中,聚合物的交联度可以保持不变;其中,所述用于激活结合性可交换型酰基键动态可逆性的“一定条件”,指的是合适的催化剂存在条件、加热条件、加压条件等;其中,所述“亲核基团”指的是在聚合物体系中存在的用于进行结合性酰基交换反应的羟基、巯基和氨基等活性基团,所述的亲核基团,其可以与结合性可交换型酰基键在同一个聚合物网络/链上,也可以在不同的聚合物网络/链上,也可以通过含有亲核基团的小分子、聚合物来引入。在本发明中所述的结合性可交换型酰基键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,X
1、X
2选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子和硅原子;Y选自氧原子、硫原子和仲胺基;Z
1、Z
2选自氧原子、硫原子;R
5选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;其中,当X
1、X
2为氧原子或硫原子时,R
1、R
2、R
3、R
4不存在;当X
1、X
2为氮原子时,R
1、R
3存在,R
2、R
4不存在,且R
1、 R
3各自独立地选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;当X
1、X
2为碳原子、硅原子时,R
1、R
2、R
3、R
4存在,且各自独立地选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接。其中,所述的结合性可交换型酰基键优选自结合性可交换型酯键、结合性可交换型硫酯键、结合性可交换型酰胺键、结合性可交换型氨基甲酸酯键、结合性可交换型硫代氨基甲酸酯键、结合性可交换型脲键、结合性可交换型插乙烯酰胺键、结合性可交换型插乙烯氨基甲酸酯键。典型的结合性可交换型酰基键结构可举例如:
其中,更优选含有亲核基团的结合性可交换型酰基键,其典型结构可举例如:
在本发明中,部分所述的结合性酰基交换反应需要在催化剂条件下进行,所述的催化剂包含用于酯交换反应(包括酯、硫酯、氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸酯等)和胺交换反应(包括酰胺、氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸酯、脲、插乙烯酰胺、插乙烯氨基甲酸酯等)的催化剂。通过添加所述催化剂,可以促进结合性酰基交换反应的发生,使得动态聚合物体现出良好的动态特性。
其中,用于酯交换反应的催化剂可选自:(1)无机酸、有机酸及其酸式盐类催化剂。无机酸可以举例如,硫酸、盐酸和磷酸等;有机酸可以举例如,甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸等;盐类可以举例如,硫酸盐、硫酸氢盐、磷酸氢盐等。(2)IA族碱金属及其化合物,可以举例如,锂、氧化锂、乙酰丙酮化锂、甲醇钠、乙醇钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸艳等。(3)IIA族碱金属及其化合物,可以举例如,钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、乙醇镁。(4)铝金属及其化合物,可以举例如,铝粉、氧化铝、铝酸钠、含水的氧化铝和氢氧化钠的复合物、烷氧基铝类化合物。(5)锡类化合物,其中包括无机锡类和有机锡类。无机锡类可以举例如,氧化锡、硫酸锡、氧化亚锡、氯化亚锡等。有机锡类可以举例如,二丁基氧化锡、二月桂酸二丁基锡,二氯二丁基锡、三丁基乙酸锡、三丁基氯化锡和三甲基氯化锡等。(6)IVB 族元素化合物,可以举例如,二氧化钛、钛酸四甲酯、钛酸异丙酯、钛酸异丁酯、钛酸四丁酯、氧化锆、硫酸锆、钨酸锆、锆酸四甲酯。(7)阴离子型层柱化合物,其主体成分一般是由两种金属的氢氧化物组成,称为双金属氢氧化物LDH,其煅烧产物为LDO,可以举例如,水滑石{Mg6(CO3)[Al(OH)6]2(OH)4·4H2O}。 (8)负载型固体催化剂,可以举例如,KF/CaO、K2CO3/CaO、KF/γ-Al2O3、K2CO3/γ-Al2O3、KF/Mg-La、 K2O/活性炭、K2CO3/煤灰粉、KOH/NaX、KF/MMT(蒙脱土)等复合物。(9)有机锌化合物,可以举例如,醋酸锌、乙酰丙酮锌等。(10)有机化合物,可以举例如,1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)、2-甲基咪唑(2-MI)、三苯基膦等。其中,优选有机锡化合物、钛酸酯化合物、有机锌化合物、负载型固体催化剂、TBD、2-MI;更优选TBD和醋酸锌混合共用协同催化、2-MI和乙酰丙酮锌混合共用协同催化。
其中,用于胺交换反应的催化剂,可选自:硝酸、盐酸、氯化铝、氯化铵、三乙胺盐酸盐、羟胺、盐酸羟胺、硫酸羟胺、N-甲基羟胺盐酸盐、苄胺盐酸盐、邻苄基羟胺、邻苄基羟胺盐酸盐、丁醛肟、苯甲醛肟、一水合肼、N,N'-二苯基硫脲、三氟甲基磺酸钪(Sc(OTf)3)、蒙脱石KSF、四氯化铪(HfCl4)、Hf4Cl5O24H24、 HfCl4/KSF-polyDMAP、谷氨酰胺转胺酶(TGase);二价铜化合物,可以举例如,醋酸铜;三价铁化合物,可以举例如,三氯化铁水溶液、硫酸铁水合物、硝酸铁水合物等。其中,优选醋酸铜;Sc(OTf)3和HfCl4混合共用协同催化;HfCl4/KSF-polyDMAP;甘油、硼酸、硝酸铁水合物混合共用协同催化。
本发明实施方式中,某些结合性酰基交换反应也可以通过微波辐射、加热的方式进行。例如,普通的氨基甲酸酯键、硫代氨基甲酸酯键、脲键可以在加热至160~180℃时,辅以4MPa的压力,发生酰基交换反应;插乙烯酰胺键、插乙烯氨基甲酸键可以在加热到100℃以上时,通过迈克尔加成发生酰基交换反应;
结构的氨基甲酸酯键可以加热到90℃以上时,与含酚羟基或苄羟基结构的分子链发生酰基交换反应。本发明优选通过添加可用于结合性酰基交换反应的催化剂,在通常温度和通常压力条件下进行可逆反应。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的结合性可交换型酰基键,其可以通过化合物原料中含有的酰基、硫代酰基、醛基、羧基、酰卤、酸酐、活性酯、异氰酸酯基与羟基、氨基、巯基通过缩合反应形成,也可以利用含有结合性可交换型酰基键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有结合性可交换型酰基键的化合物原料没有特别限制,优选含有结合性可交换型酰基键的多元醇、多元硫醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸,更优选含有结合性可交换型酰基键的多元醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的基于位阻效应诱导的动态共价键,其由于含有“具有位阻效应的大基团”,在室温或一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性。在本发明中所述的基于位阻效应诱导的动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,X
1、X
2选自碳原子、硅原子和氮原子,优选碳原子、氮原子;Z
1、Z
2选自氧原子和硫原子,优选氧原子;当X
1、X
2为氮原子时,R
1、R
3存在,R
2、R
4不存在,且R
1、R
3各自独立地选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;当X
1、X
2为碳原子、硅原子时,R
1、R
2、R
3、R
4存在,且各自独立地选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;其中,R
b为与氮原子直接相连的具有位阻效应的大基团,其可选自C
3-20烷基、环C
3-20烷基、苯基、苄基、芳烃基及以上基团的不饱和形式、被取代形式、被杂化形式及其组合,更优选自异丙基、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、苯基、苄基、甲基苄基,最优选自叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、环戊基、环己基、苯基、苄基、甲基苄基;
表示任意元数的含氮环,其可为脂肪族环或芳香族环,其可以为脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合,成环原子各自独立地选自碳原子、氧原子、氮原子、硫原子、硅原子或其他杂原子,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,所成的环优选吡咯环、咪唑环、哌啶环、吡啶环、哒嗪环、嘧啶环、吡嗪环;n表示与环状基团结构的成环原子相连的连接个数。典型的基于位阻效应诱导的动态共价键结构可举例如:
在本发明中所述的“具有位阻效应的大基团”,其与氮原子直接相连或与氮原子形成环状结构,可以起到削弱羰基、硫代羰基中的碳原子和相邻氮原子之间的化学键强度,从而使得碳-氮键体现出动态共价键的性质,在室温或一定条件下即可进行动态可逆反应。需要指出的是,“具有位阻效应的大基团”中的位阻效应并非越大越好,而是大小适中,并使得碳-氮键具有合适的动态可逆性。所述的用于激活基于位阻效应诱导的动态共价键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于加热、加压、光照、辐射、微波、等离子体作用等作用方式,从而使得动态聚合物表现出良好的自修复性、循环利用可回收性、刺激响应性等。例如,
结构的动态共价键在60℃条件下即可进行动态交换反应,体现出动态特性。
在本发明中,所述的基于位阻效应诱导的动态共价键,其优选自基于位阻效应诱导的酰胺键、基于位阻效应诱导的氨基甲酸酯键、基于位阻效应诱导的硫代氨基甲酸酯键、基于位阻效应诱导的脲键。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的基于位阻效应诱导的动态共价键,其可以通过化合物原料中含有的酰基、硫代酰基、醛基、羧基、酰卤、酸酐、活性酯、异氰酸酯基与连有具有位阻效应的大基团的氨基通过缩合反应形成,也可以利用含有基于位阻效应诱导的动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有基于位阻效应诱导的动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有基于位阻效应诱导的动态共价键的多元醇、多元硫醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸,更优选含有基于位阻效应诱导的动态共价键的多元醇、多元胺、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其在引发剂存在条件下可以被激活,并发生可逆加成断裂链转移反应,体现出动态可逆特性。在本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,R
1~R
10各自独立地选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;X
1、X
2、X
3各自独立地选自单键、二价或多价小分子烃基,优选自二价C
1-20烷基及其被取代形式、被杂化形式、及其组合,更优选自二价异丙基、二价异丙苯基、二价异丙酯基、二价异丙羧基、二价异丙腈基、二价腈异丙苯基、二价丙烯酸基n聚体、二价丙烯酸酯基n聚体、二价苯乙烯基n聚体及其被取代形式、被杂化形式、及其组合,其中,n大于等于2;Z
1、Z
2、Z
3各自独立地选自单键、杂原子连接基、二价或多价小分子烃基,优选自具有吸电效应或者与具有吸电效应的基团相连的杂原子连接基、具有吸电效应或者与具有吸电效应的基团相连的二价或多价小分子烃基;其中,作为Z
2、Z
3的优选,其可选自醚基、硫基、硒基、二价硅基、二价胺基、二价磷酸基、二价苯基、亚甲基、亚乙基、二价苯乙烯基、二价异丙基、二价异丙苯基、二价异丙酯基、二价异丙羧基、二价异丙腈基、二价腈异丙苯基;其中,具有吸电效应的基团包括但不限于羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、砜基、三氟甲基、芳基、氰基、卤素原子、烯烃、炔烃及其组合;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接。
本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键优选聚丙烯酸基及其酯基、聚甲基丙烯酸基及其酯基、聚苯乙烯基、聚甲基苯乙烯基、烯丙基硫醚基、双硫酯基、双硒酯基、三硫代碳酸酯基、三硒代碳酸酯基、二硒代硫代碳酸酯基、二硫代硒代碳酸酯基、二双硫酯基、二双硒酯基、双三硫代碳酸酯基、双三硒代碳酸酯基、二硫代氨基甲酸酯基、二硒代氨基甲酸酯基、二硫代碳酸酯基、二硒代碳酸酯基及其相应的衍生物基。
典型的可逆加成断裂链转移动态共价键结构可举例如:
其中,n为重复单元的数量,可以是固定值,也可以是平均值,n≥1。
本发明所述的“可逆加成断裂链转移反应”指的是当一个活性自由基与本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键作用形成中间体,中间体能够断裂形成一个新的活性自由基并形成一个新的可逆加成断裂链转移动态共价键,并且这个过程为可逆的过程。这个过程类似可逆加成断裂链转移聚合中的可逆加成断裂链转移过程,但并不完全等同于可逆加成断裂链转移聚合中的可逆加成断裂链转移过程。首先,可逆加成断裂链转移聚合为溶液聚合过程,而本发明所述的“可逆加成断裂链转移反应”可以在溶液或固体中进行;此外在可逆加成断裂链转移反应中,可以加入适量合适的可以产生活性自由基的物质,在一定条件下产生活性自由基,从而使得可逆加成断裂链转移动态共价键具有良好的动态可逆性,促进可逆加成断裂链转移反应的进行,例如,当本发明中的可逆加成断裂链转移动态共价键为烯丙基硫醚基时,可以在体系中加入能够产生适量的硫自由基的物质促进反应的进行。
其中,在可逆加成断裂链转移交换反应中可选用的引发剂包括但不限于以下任一种或任几种引发剂:光引发剂,如2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPA)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、 2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)、二苯甲酮、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮和α-酮戊二酸;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;其中,引发剂优选2,2-二甲氧基 -2-苯基苯乙酮、偶氮二异丁腈、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、过硫酸钾。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的可逆加成断裂链转移动态共价键,其可以利用含有可逆加成断裂链转移动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
本发明中所述的动态硅氧烷键,其在催化剂或加热条件下可以被激活,并发生硅氧烷交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的“硅氧烷交换反应”是指在别处形成新的硅氧烷键并伴随着旧的硅氧烷键的解离,从而产生链的交换和聚合物拓扑结构的变化。在本发明中所述的动态硅氧烷键,其选自但不仅限于如下结构:
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/原子的连接;
之间可以成环,或不成环。
在本发明中,所述的硅氧烷反应需要在催化剂或加热条件下进行,其中,所述的动态硅氧烷键,其优选在催化剂存在条件下进行硅氧键交换反应。所述的催化剂可促进硅氧烷平衡反应的发生,使得动态聚合物体现出良好的动态特性。其中,用于硅氧烷平衡反应的催化剂可选自:(1)碱金属氢氧化物,可以举例如,氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化铍、氢氧化镁、氢氧化钙等。(2) 碱金属醇盐、碱金属多醇盐,可以举例如,甲醇钾、甲醇钠、甲醇锂、乙醇钾、乙醇钠、乙醇锂、丙醇钾、正丁醇钾、异丁醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、戊醇锂、乙二醇钾、丙三醇钠、1,4-丁二醇钾、1,3-丙二醇钠、季戊四醇锂、环己醇钠等。(3)硅醇盐,可以举例如,三苯基硅醇钾、二甲基苯基硅醇钠、三叔丁氧基硅醇锂、三甲基硅醇钾、三甲基硅醇钠、三乙基硅醇钠、(4-甲氧基苯基)二甲基硅醇锂、三叔戊烷氧基硅醇、二苯基硅烷二醇钾、苄基三甲基铵基双(邻苯二酚)苯基硅醇钾等。(4)季铵碱,可以举例如,四甲基氢氧化铵(TMAH)、四乙基氢氧化铵(TEAH)、三甲基苄基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、(1-十六烷基) 三甲基氢氧化铵、甲基三乙基氢氧化铵、苯基三甲基氢氧化铵、四正己基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四辛基氢氧化铵、三乙基苄基氢氧化铵、胆碱、[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵内盐、苯基三乙基氢氧化铵、N,N,N-三甲基-3-(三氟甲基)氢氧化苯胺、氢氧化-N-乙基-N,N-二甲基-乙铵、四癸基氢氧化铵、四戊基氢氧化铵、N,N,N-三甲基-1-金刚烷基氢氧化铵、四十八烷基氢氧化铵、N,N-二甲基 -N-[3-(硫代氧代)丙基]-1-壬烷氢氧化铵内盐、(甲氧基羰基氨磺酰基)三乙基氢氧化铵、3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱、3-(N,N-二甲基棕榈基氨)丙烷磺酸盐、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱、N,N-二甲基-N-(3-磺丙基)-1-十八烷铵内盐、三丁基甲基氢氧化铵、三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵、十四烷基磺基甜菜碱等。在本发明中,用于硅氧烷平衡反应的催化剂优选季铵碱类、硅醇盐类和碱金属氢氧化物类的催化剂,进一步优选氢氧化锂、氢氧化钾、三甲基硅醇钾、四甲基氢氧化铵(TMAH)、四乙基氢氧化铵(TEAH)等催化剂。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的动态硅氧烷键,其可以利用化合物原料中含有的硅羟基、硅羟基前驱体之间通过缩合反应形成,也可以利用含有动态硅氧烷键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有动态硅氧烷键的化合物原料没有特别限制,优选含有动态硅氧烷键的多元醇、多元硅醇、多元胺、异氰酸酯、硅氧烷化合物、硅氢化合物、环氧化合物、烯、炔,更优选含有动态硅氧烷键的多元醇、多元硅醇、异氰酸酯、硅氧烷化合物、硅氢化合物、烯。其中,所述的硅羟基前驱体,其指的是由硅原子以及与该硅原子相连的一个可水解得到羟基的基团所组成的结构基元(Si-X1),其中,X1为可水解得到羟基的基团,其可选自卤素、氰基、氧氰基、硫氰基、烷氧基、氨基、硫酸酯基、硼酸酯基、酰基、酰氧基、酰氨基、酮肟基、醇盐基。合适的硅羟基前驱体举例如:Si-Cl,Si-CN,Si-CNS,Si-CNO,Si-SO4CH3,Si-OB(OCH3)2,Si-NH2,Si-N(CH3)2,Si-OCH3,Si-COCH3, Si-OCOCH3,Si-CONH2,Si-O-N=C(CH3)2,Si-ONa。
本发明中,所述的动态硅醚键,其在加热条件下可以被激活,并发生硅醚键交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的“硅醚键交换反应”是指在别处形成新的硅醚键并伴随着旧的硅醚键的解离,从而产生链的交换和聚合物拓扑结构的变化。在本发明中所述的动态硅醚键,其选自但不仅限于如下结构:
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/原子的连接;
之间可以成环,或不成环。其中,动态硅醚键更优选自以下结构:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的动态硅醚键,其可以利用化合物原料中含有的硅羟基、硅羟基前驱体与体系中的羟基通过缩合反应形成,也可以利用含有动态硅醚键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有动态硅醚键的化合物原料没有特别限制,优选含有动态硅醚键的多元醇、多元硅醇、多元胺、异氰酸酯、硅氧烷化合物、硅氢化合物、环氧化合物、烯、炔,更优选含有动态硅醚键的多元醇、多元硅醇、异氰酸酯、硅氧烷化合物、硅氢化合物、烯。其中,所述的硅羟基前驱体,其指的是由硅原子以及与该硅原子相连的一个可水解得到羟基的基团所组成的结构基元(Si-X1),其中,X1为可水解得到羟基的基团,其可选自卤素、氰基、氧氰基、硫氰基、烷氧基、氨基、硫酸酯基、硼酸酯基、酰基、酰氧基、酰氨基、酮肟基、醇盐基。合适的硅羟基前驱体举例如:Si-Cl,Si-CN,Si-CNS,Si-CNO,Si-SO4CH3,Si-OB(OCH3)2,Si-NH2,Si-N(CH3)2,Si-OCH3,Si-COCH3, Si-OCOCH3,Si-CONH2,Si-O-N=C(CH3)2,Si-ONa。
本发明中,所述的基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键,其在一定条件下可以被激活,并与卤代烷基发生动态交换反应,体现出动态可逆特性。在本发明中所述的基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,X
—为负离子,其选自溴离子、碘离子,优选为溴离子;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接。典型的基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键结构可举例如:
在本发明实施方式中,所述的卤代烷基,其可以为脂肪族卤代烷基、也可以为芳香族卤代烷基,其可以存在于动态聚合物中任意合适的端基、侧基和/或侧链中,或在小分子、低聚物等其他成分中以任意合适的形式存在,其可以与基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键在同一个聚合物网络/链上,也可以在不同的聚合物网络/链上,也可以通过含有卤代烷基的小分子、聚合物来引入。
在本发明实施方式中,所述用于激活基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键动态可逆性的“一定条件”,其是指在卤代烷基和溶剂存在下以及合适的温度、湿度条件下等。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键,其可以利用化合物原料中含有的三唑基化合物与卤代烃作用生成,也可以利用含有基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,所述的三唑基化合物,其可以利用化合物原料中含有的叠氮基团与炔烃反应生成;其中,所述的卤代烃,其包括但不仅限于饱和卤代烃(举例如氯甲烷、溴代环己烷、1,2-二溴乙烷、三碘甲烷等)、不饱和卤代烃(举例如溴乙烯、3-氯环己烯、4-溴-1-丁烯-3-炔、1-溴-2-碘环丁烯等)、卤代芳烃(举例如氯苯、β-溴代萘、苯氯甲烷、邻二氯苯等)等;其中,对于含有基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸、酯、酰胺,更优选含有基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键,其在催化剂存在条件下可以被激活,并发生烯烃交叉易位复分解反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的“烯烃交叉易位复分解反应”是指由金属催化剂催化的不饱和碳碳双键之间的碳架重排反应;其中,所述的“重排反应”是指新的碳碳双键在他处生成并伴随着旧的碳碳双键的解离,从而产生链的交换和聚合物拓扑结构的变化。在本发明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结构没有特别的限制,优选自以下所示的位阻小反应活性高的结构:
在本发明的实施方式中,所述的用于催化烯烃交叉易位复分解反应的催化剂,其包括但不限于基于钌、钼、钨、钛、钯、镍等金属催化剂;其中,催化剂优选基于钌、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、二代催化剂等。其中,本发明中用于催化烯烃交叉易位复分解反应的催化剂实例包括但不限于以下所举:
其中,Py
3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。
本发明中,所述的可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键,其在催化剂存在条件下可以被激活,并发生炔烃交叉易位复分解反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的“炔烃交叉易位复分解反应”是指由金属催化剂催化的不饱和碳碳叁键之间的碳架重排反应;其中,所述的“重排反应”是指新的碳碳叁键在他处生成并伴随着旧的碳碳叁键的解离,从而产生链的交换和聚合物拓扑结构的变化。在本发明中所述可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键的结构没有特别的限制,优选自以下所示的位阻小反应活性高的结构:
在本发明的实施方式中,所述的用于催化炔烃交叉易位复分解反应的催化剂,其包括但不限于基于钼、钨等金属催化剂;其中,催化剂优选对功能基团具有相容性的催化剂,如举例结构中的催化剂15-20等;催化剂也优选催化效率更高和对空气不敏感的催化剂,如举例结构中的催化剂1、18-20等;催化剂也优选在常温或室温范围即可起到催化作用的催化剂,如举例结构中的催化剂11。本发明中用于催化炔烃交叉易位复分解反应的催化剂实例包括但不限于以下所举:
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键,可以是来自选用的已含有不饱和碳碳双键/不饱和碳碳叁键的聚合物前体,也可以在不含不饱和碳碳双键/不饱和碳碳叁键的聚合物前体的基础上生成或引入。但由于生成碳碳双键/碳碳叁键的反应条件通常较为苛刻,因此优选使用已含有碳碳双键/碳碳叁键的聚合物前体进行反应,达到引入碳碳双键/碳碳叁键的目的。
其中,已含有不饱和碳碳双键/不饱和碳碳叁键的聚合物前体,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、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/碳碳叁键的低聚物。
本发明中,所述的[2+2]环加成动态共价键,其基于[2+2]环加成反应形成,在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的[2+2]环加成反应指的是由一个不饱和双键与另一个不饱和双键或不饱和叁键各自提供2个π电子相互反应加成形成四元环结构的反应。在本发明中所述的[2+2]环加成动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,D
1~D
6各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子,优选自碳原子,D
1、D
2中至少一个选自碳原子或氮原子;a
1~a
6分别表示与D
1~D
6相连的连接个数;当D
1~D
6各自独立地选自氧原子、硫原子时, a
1~a
6=0;当D
1~D
6各自独立地选自氮原子时,a
1~a
6=1;当D
1~D
6各自独立地选自碳原子时,a
1~a
6=2;Q
1~Q
6各自独立地选自碳原子、氧原子;b
1~b
6分别表示与Q
1~Q
6相连的连接个数;当Q
1~Q
6各自独立地选自氧原子时,b
1~b
6=0;当Q
1~Q
6各自独立地选自碳原子时,b
1~b
6=2;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
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。典型的[2+2]环加成动态共价键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,用于进行所述[2+2]环加成反应的不饱和双键,其可选自碳碳双键、碳氧双键、碳硫双键、碳氮双键、氮氮双键;用于形成所述[2+2]环加成动态共价键的不饱和叁键,其可选自碳碳叁键;其中,所述的不饱和双键、不饱和叁键,其优选与吸电效应基团或供电效应基团直接相连,所述的吸电效应基团,其包括但不限于羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、砜基、三氟甲基、芳基、氰基、卤素原子、烯烃、炔烃及其组合;所述的供电效应基团,其包括但不限于羟基、对甲氧基苯基、硫醚基、氨基、仲胺基、叔胺基、甲基、乙基、异丙基、异丁基及其组合。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的[2+2]环加成动态共价键,其可以利用化合物原料中含有的不饱和碳碳双键、偶氮基、羰基、醛基、硫代羰基、亚胺基、累积二烯烃、烯酮基团自身之间,或其与不饱和碳碳叁键之间通过[2+2]环加成反应形成,也可以利用含有[2+2]环加成动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物;其中,含有不饱和碳碳双键的化合物原料优选乙烯、丙烯、丙烯醛、丙烯腈、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丁烯二羧酸、肉桂醇、肉桂醛、肉桂酸、肉桂酰胺、香豆素、嘧啶、查尔酮、虎杖、α,β-不饱和硝基化合物、环辛烯、降冰片烯、顺丁烯二酸酐、对苯醌、丁炔二羧酸、偶氮二羧酸酯、双硫酯、马来酰亚胺、富勒烯及以上化合物的衍生物等;其中,对于含有[2+2]环加成动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有[2+2]环加成动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸、酯、酰胺及硫磺、巯基化合物,更优选含有[2+2]环加成动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的[4+2]环加成动态共价键,其基于[4+2]环加成反应形成,在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的[4+2]环加成反应指的是由双烯体基团提供4个π电子,由亲双烯体基团提供2个π电子,通过加成形成环状基团结构的反应。在本发明中所述的[4+2]环加成动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,K
1、K
2、K
5~K
10各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子,且在K
1、K
2或K
5、K
6或K
7、 K
8或K
9、K
10中至少有一个原子选自碳原子或氮原子;c
1~c
10分别表示与K
1~K
10相连的连接个数;当K
1、 K
2、K
5~K
10各自独立地选自氧原子、硫原子时,c
1、c
2、c
5~c
10=0;当K
1、K
2、K
5~K
10各自独立地选自氮原子时,c
1、c
2、c
5~c
10=1;当K
1、K
2、K
5~K
10各自独立地选自碳原子时,c
1、c
2、c
5~c
10=2;K
3、K
4各自独立地选自氧原子、硫原子、氮原子;c
3、c
4分别表示与K
3、K
4相连的连接个数;当K
3、K
4各自独立地选自氧原子、硫原子时,c
3、c
4=0;当K
3、K
4各自独立地选自氮原子时,c
3、c
4=1;I
1、I
2各自独立地选自氧原子、硫原子、仲胺基及其取代形式、酰胺基、酯基、二价小分子烃基,更优选自氧原子、亚甲基、1,2- 二亚乙基、1,2-亚乙烯基、1,1’-乙烯基、仲胺基的取代形式、酰胺基、酯基;
表示的环状基团结构为芳香族环或杂化芳香族环,其环状基团结构的成环原子各自独立地选自碳原子、氮原子或者其他杂原子,环状基团结构优选自6~50元环,更优选自6-12元环;各个成环原子上的氢原子可以被取代,或者不被取代,其中,当成环原子选自氮原子时,氮原子可以带有正电荷;所述的环状基团结构优选为苯环、萘环、蒽环及以上基团的被取代形式;n表示与环状基团结构的成环原子相连的连接个数;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
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。典型的[4+2]环加成动态共价键结构可举例如:
其中,[4+2]环加成动态共价键,其可以与光控锁定基元相连,形成光控DA结构。所述的光控锁定基元可在特定的光照条件下与动态共价键和/或光控锁定基元反应,改变动态共价键结构,从而达到锁定/解锁定DA反应的目的;其中,当动态共价键被锁定时,其无法或更难进行DA平衡反应,而当动态共价键解锁定时,其能够进行DA平衡反应,实现动态特性。
在本发明中,所述的光控锁定基元,其含有如下结构单元:
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/原子的连接;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
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;
与光控锁定基元相连的具有光控功能的[4+2]环加成动态共价键,其优选自以下通式结构中的至少一类:
其中,K
1、K
2、K
3、K
4、K
5、K
6各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子,且在K
1、K
2,或K
3、 K
4,或K
5、K
6中至少有一个选自碳原子;a
1、a
2、a
3、a
4、a
5、a
6分别表示与K
1、K
2、K
3、K
4、K
5、K
6相连的连接个数;当K
1、K
2、K
3、K
4、K
5、K
6各自独立地选自氧原子、硫原子时,a
1、a
2、a
3、a
4、a
5、a
6=0;当K
1、K
2、K
3、K
4、K
5、K
6各自独立地选自氮原子时,a
1、a
2、a
3、a
4、a
5、a
6=1;当K
1、K
2、K
3、K
4、 K
5、K
6各自独立地选自碳原子时,a
1、a
2、a
3、a
4、a
5、a
6=2;I
1、I
2、I
3各自独立地不存在,或各自独立地选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式;当I
1、 I
2、I
3各自独立地不存在时,b=2;当I
1、I
2、I
3各自独立地选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式时,b=1;M选自氧原子、氮原子、二价烷氧基链 (
n=2、3、4),优选氧原子、氮原子;c表示与M相连的连接个数;当M选自氧原子、二价烷氧基链时,c=0;当M选自氮原子时,c=1;C
1、C
2、C
3、C
4、C
5、C
6表示不同位置的碳原子;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
也可以连接成环,其中,优选在K
1与K
2之间,K
3与K
4之间,K
5与K
6之间,C
1与C
2之间,C
3与C
4之间,C
5与C
6之间成环;所成的环可以为任意元数的环,优选五元环和六元环,其可以为脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合,成环原子各自独立地选自碳原子、氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、硒原子或其他杂原子,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;其中,K
1与K
2之间,K
3与K
4之间,K
5与K
6之间所成的环优选以下结构:
C1与C2之间,C3与C4之间所成的环优选以下结构:
C5与C6之间所成的环优选以下结构:
在本发明的实施方式中,用于进行所述[4+2]环加成反应的双烯体基团,其可为任意合适的含有共轭二烯烃及其衍生物的基团,合适的共轭二烯烃及其衍生物举例如丁二烯、戊二烯、己二烯、环戊二烯、环己二烯、四嗪、苯、蒽、呋喃、富烯、石墨烯及其衍生物等;用于形成所述[4+2]环加成动态共价键的亲双烯体基团,其含有任意合适的不饱和双键或不饱和叁键,例如碳碳双键、碳碳叁键、碳氧双键、碳硫双键、碳氮双键、氮氮双键等;其中,所述的双烯体基团、亲双烯体基团中的不饱和双键或不饱和叁键,其优选与吸电效应基团或供电效应基团直接相连,所述的吸电效应基团,其包括但不限于羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、砜基、三氟甲基、芳基、氰基、卤素原子、烯烃、炔烃及其组合;所述的供电效应基团,其包括但不限于羟基、对甲氧基苯基、硫醚基、氨基、仲胺基、叔胺基、甲基、乙基、异丙基、异丁基及其组合。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的[4+2]环加成动态共价键,其可以利用含有双烯体基团的化合物原料与含有亲双烯体基团的化合物原料之间通过[4+2]环加成反应形成,也可以利用含有[4+2] 环加成动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,含有双烯体基团的化合物原料,其可选自丁二烯、戊二烯、己二烯、环戊二烯、环己二烯、四嗪、苯、蒽、呋喃、富烯、石墨烯及以上化合物的衍生物等;其中,含有亲双烯体基团的化合物原料,其可选自乙烯、丙烯、丙烯醛、丙烯腈、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丁烯二羧酸、肉桂醇、肉桂醛、肉桂酸、肉桂酰胺、香豆素、嘧啶、查尔酮、虎杖、α,β-不饱和硝基化合物、环辛烯、降冰片烯、顺丁烯二酸酐、对苯醌、丁炔二羧酸、偶氮二羧酸酯、双硫酯、马来酰亚胺、富勒烯及以上化合物的衍生物等;其中,对于含有[4+2] 环加成动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有[4+2]环加成动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸、酯、酰胺及硫磺、巯基化合物,更优选含有[4+2]环加成动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的[4+4]环加成动态共价键,其基于[4+4]环加成反应形成,在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的[4+4]环加成反应指的是由两个共轭双烯基团各提供4个π电子,通过加成形成环状基团结构的反应。在本发明中所述的[4+4]环加成动态共价键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,
表示的环状基团结构为芳香族环或杂化芳香族环,其环状基团结构的成环原子各自独立地选自碳原子、氮原子或者其他杂原子,环状基团结构优选自6~50元环,更优选自6-12元环;各个成环原子上的氢原子可以被取代,或者不被取代,其中,当成环原子选自氮原子时,氮原子可以带有正电荷;所述的环状基团结构优选为苯环、萘环、蒽环、氮杂苯、氮杂萘、氮杂蒽及以上基团的被取代形式;I
6~I
14各自独立地选自氧原子、硫原子、酰胺基、酯基、亚胺基、二价小分子烃基,更优选自氧原子、亚甲基、1,2-二亚乙基、1,2-亚乙烯基、酰胺基、酯基、亚胺基;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接;同一个原子上的不同
可以连接成环,不同原子上的
也可以连接成环,所述的环包括但不仅限于脂肪族环、醚环、缩合环及其组合。典型的[4+4]环加成动态共价键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,用于进行所述[4+4]环加成反应的共轭双烯基团,其可为任意合适的含有共轭二烯烃及其衍生物的基团,举例如苯、蒽、萘、呋喃、环戊二烯、环己二烯、吡喃酮、吡啶酮及其衍生物等。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的[4+4]环加成动态共价键,其可以利用含有共轭双烯基团的化合物原料之间通过[4+4]环加成反应形成,也可以利用含有[4+4]环加成动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。
在本发明实施方式中,所述用于激活[2+2]环加成动态共价键、[4+2]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、加入催化剂、光照、辐射、微波等作用方式。例如,通过在较高温度下对[2+2]环加成动态共价键进行加热,可以使其发生解离,再在较低温度条件下进行加热使其重新形成[2+2]环加成动态共价键;呋喃和马来酰亚胺在室温或者加热条件下能够进行[4+2]环加成反应形成动态共价键,而形成的动态共价键又能在高于110℃条件下解离,再通过降温又能使其重新形成动态共价键。再例如,[2+2]环加成动态共价键可在长波长光照射条件下进行[2+2]环加成反应形成动态共价键,再在短波长光照射条件下发生动态共价键的解离,重新得到不饱和碳碳双键;例如肉桂酰类不饱和碳碳双键可在λ大于280nm的紫外光照射条件下进行[2+2]环加成反应形成动态共价键,在λ小于280nm的紫外光照射条件下进行键的解离,重新得到肉桂酰类不饱和碳碳双键;香豆素类不饱和碳碳双键可以在λ大于319nm的紫外光照射条件下进行[2+2]环加成反应形成动态共价键,在λ小于319nm的紫外光照射条件下进行键的解离,重新得到香豆素类不饱和碳碳双键。再例如,蒽与马来酸酐可以在λ=250 nm的紫外光照射条件下进行[4+2]环加成反应形成动态共价键。再例如,蒽可以在λ=365nm的紫外光照射条件下进行[4+4]环加成反应形成动态共价键,再在λ小于300nm的紫外光照射条件下进行键的解离。此外,还可以在催化剂催化条件下进行[2+2]、[4+2]、[4+4]环加成反应形成动态共价键,其中,所述催化剂包括但不仅限于路易斯酸、路易斯碱、金属催化剂;所述的路易斯酸,其包括但不仅限于金属氯化物、金属碘化物、三氟甲磺酸盐、烷基金属化合物、硼烷、三氟化硼及其衍生物、二氟化芳基硼、三氟烷基磺酸钪等,优选四氯化钛、三氯化铝、三溴化铝、乙基二氯化铝、三溴化铁、三氯化铁、四氯化锡、甲硼烷、三氟化硼、三氟化硼乙醚络合物、三氟甲烷磺酸钪;所述路易斯碱,其包括但不仅限于1,5,7-三氮杂二环[4.4.0] 癸-5-烯(TBD)、氮杂环卡宾(NHC)、奎尼丁、奎宁等;所述的金属催化剂,其包括但不仅限于基于铁、钴、钯、钌、镍、铜、银、金、钼的催化剂,本发明中用于催化[2+2]、[4+2]、[4+4]环加成反应的金属催化剂实例包括但不限于以下所举:
本发明中,所述的巯基-迈克尔加成动态共价键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;在本发明中所述的巯基-迈克尔加成动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
其中,X选自酮基、酯基、酰胺基、硫代羰基、砜基;Y为吸电效应基团,其包括但不限于醛基、羧基、硝基、磷酸基、磺酸基、酰氨基、砜基、三氟甲基、氰基、卤素原子及其组合;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接,其中,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,碳原子与X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。典型的巯基-迈克尔加成动态共价键结构可举例如:
在本发明实施方式中,所述用于激活巯基-迈克尔加成动态共价键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、加入催化剂、调节pH等作用方式。例如,解离的巯基-迈克尔加成动态共价键可以通过加热重新生成所述的动态共价键或者进行动态共价键的交换,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。再例如,对于巯基-迈克尔加成动态共价键,可选用中性或弱碱性的溶液使其产生解离,从而处于动态可逆平衡。再例如,催化剂的存在能够促进动态共价键的形成及交换,所述的巯基-迈克尔加成反应催化剂包括但不限于路易斯酸、有机磷化物、有机碱类催化剂、亲核性催化剂、离子液体催化剂等;所述的路易斯酸,其包括但不仅限于金属氯化物、金属碘化物、三氟甲磺酸盐、烷基金属化合物、硼烷、三氟化硼及其衍生物、二氟化芳基硼、三氟烷基磺酸钪等;所述的有机磷化物,其包括但不仅限于磷酸钾、三正丙基膦、二甲基苯基膦、甲基二苯基膦、三苯基膦;有机碱类催化剂,其包括但不仅限于乙二胺、三乙醇胺、三乙胺、吡啶、二异丙基乙基胺等;所述的亲核类催化剂,其包括但不仅限于4-二甲氨基吡啶、四丁基溴化铵、四甲基胍、1,5-二氮杂双环[4,3,0]壬-5-烯、1,8-二氮杂双环[5,4,0]-十一碳-7-烯、1,5,7-三氮杂双环[4,4,0] 癸-5-烯、1,4-二氮杂双环[2,2,2]辛烷、咪唑、1-甲基咪唑;所述的离子液体催化剂,其包括但不仅限于1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-(4-磺酸基)丁基吡啶、1-丁基-3-甲基咪唑啉四氢硼酸、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐等。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的巯基-迈克尔加成动态共价键,其可以利用化合物原料中含有的巯基与共轭烯烃或共轭炔烃通过巯基-迈克尔加成反应形成,也可以利用含有巯基-迈克尔加成动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,含有共轭烯烃或共轭炔烃的化合物原料,其可选自丙烯醛、丙烯酸、丙烯酸酯、丙炔酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丁烯酸酯、丁烯二酸酯、丁炔二酸酯、衣康酸、肉桂酸酯、乙烯砜、顺丁烯二酸酐、马来酰亚胺及以上化合物的衍生物等;其中,对于含有巯基-迈克尔加成动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有巯基-迈克尔加成动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸、酯、酰胺,更优选含有巯基-迈克尔加成动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的胺烯-迈克尔加成动态共价键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;在本发明中所述的胺烯-迈克尔加成动态共价键,其选自但不仅限于如下结构:
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/原子的连接。
在本发明实施方式中,所述用于激活胺烯-迈克尔加成动态共价键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、调节pH等作用方式。例如,对于胺烯-迈克尔加成动态共价键,可选用弱酸性(pH≤5.3) 的溶液使其产生解离,从而处于动态可逆平衡。再例如,解离的胺烯-迈克尔加成动态共价键可以通过在 50-100℃条件下进行加热重新生成所述的动态共价键或者进行动态共价键的交换,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的胺烯-迈克尔加成动态共价键,其可以以对苯二甲醛、丙二酸、丙二酸二酯为原料制备中间产物,再将其与氨基化合物通过胺烯-迈克尔加成反应形成。
本发明中,所述的基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;在本发明中所述的基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键,其选自但不仅限于如下结构:
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/原子的连接。
在本发明实施方式中,所述用于激活基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、加压、加入催化剂等作用方式。例如,吲哚和二唑啉二酮可以在0℃条件下生成基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键,再通过加热实现键的解离,再通过降温重新生成所述的动态共价键或者进行动态共价键的交换,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。再例如,对于基于三唑啉二酮 -吲哚的动态共价键,可选用中性或弱碱性的溶液使其产生解离,从而处于动态可逆平衡。再例如,催化剂的存在能够促进动态共价键的形成及交换,所述的加成反应催化剂可选自路易斯酸;所述的路易斯酸,其包括但不仅限于金属氯化物、金属碘化物、三氟甲磺酸盐、烷基金属化合物、硼烷、三氟化硼及其衍生物、二氟化芳基硼、三氟烷基磺酸钪等。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键,其可以利用化合物原料中含有的二唑啉二酮基团及其衍生物与吲哚及其衍生物通过阿尔德-烯烃加成反应形成。其中,吲哚及其衍生物原料,其可选自吲哚-3-丙酸、吲哚-3-丁酸、吲哚-4-羧酸、吲哚-5-羧酸、吲哚-6-羧酸、4-(氨基甲基)吲哚、5-(氨基甲基)吲哚、3-(2-羟乙基)吲哚、吲哚-4-甲醇、吲哚-5-甲醇、3-巯基吲哚、3-乙炔吲哚、 5-氨基-2苯基吲哚、2-苯基-1H-吲哚-6胺、2-苯基-1H-吲哚-3-乙醛、(2-苯基-1H-吲哚-3-烷基)羧酸、6-氨基 -2-苯基-1H-吲哚-3-甲酸乙酯、2-(2-氨苯基)吲哚、2-苯基吲哚-3-乙腈、二盐酸-4,6-二脒基-2-苯基吲哚等。
本发明中,所述的基于双氮杂卡宾的动态共价键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;在本发明中所述的基于双氮杂卡宾的动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
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/原子的连接;其中,不同碳原子上的
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。典型的基于双氮杂卡宾的动态共价键结构可举例如:
其中,Me代表甲基,Et代表乙基,nBu代表正丁基,Ph代表苯基,Mes代表三甲基苯基。
在本发明实施方式中,所述用于激活基于双氮杂卡宾的动态共价键动态可逆性的“一定条件”,其包括但不仅限于温度调节、添加溶剂等作用方式。例如,可以通过在高于90℃的温度条件下加热基于双氮杂卡宾的动态共价键使得其解离为双氮杂卡宾结构,再通过降温重新生成所述的动态共价键或者进行动态共价键的交换,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的基于双氮杂卡宾的动态共价键,其可以利用化合物原料中含有的双氮杂卡宾基团自身或其与硫氰基反应形成。
本发明中,所述的六氢三嗪类动态共价键,其在一定条件下可以被激活,并发生键的解离、键合以及交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述用于激活六氢三嗪类动态共价键动态可逆性的“一定条件”,指的是合适的pH条件、加热条件等。在本发明中所述的六氢三嗪类动态共价键,其选自但不仅限于如下结构中的至少一种:
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/原子的连接。典型的六氢三嗪类动态共价键结构可举例如:
在本发明的实施方式中,所述的用于进行六氢三嗪类动态共价键动态可逆反应的合适的pH条件,其指的是将动态聚合物溶胀于一定pH值的溶液中,或者用一定pH值的溶液润湿其表面,使得动态聚合物中的六氢三嗪类动态共价键体现出动态可逆性。例如,六氢三嗪类动态共价键可以在pH<2的条件下进行解离,再在中性pH条件下重新形成动态共价键,使得聚合物可以获得自修复性和再加工性。其中,用于调节pH的酸碱试剂可选自:(1)无机酸、有机酸及其酸式盐类催化剂。无机酸可以举例如,硫酸、盐酸和磷酸等;有机酸可以举例如,甲磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸等;盐类可以举例如,硫酸盐、硫酸氢盐、磷酸氢盐等。(2)IA族碱金属及其化合物,可以举例如,锂、氧化锂、乙酰丙酮化锂、甲醇钠、乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸艳、叔丁醇钾等。(3)IIA族碱金属及其化合物,可以举例如,钙、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、乙醇镁等。(4)铝金属及其化合物,可以举例如,铝粉、氧化铝、铝酸钠、含水的氧化铝和氢氧化钠的复合物、烷氧基铝类化合物等。(5)有机化合物,可以举例如,氯化铵、三乙胺、三乙胺盐酸盐、吡啶、羟胺、盐酸羟胺、硫酸羟胺、N-甲基羟胺盐酸盐、苄胺盐酸盐、邻苄基羟胺、邻苄基羟胺盐酸盐、丁醛肟、苯甲醛肟、一水合肼、N,N'-二苯基硫脲、三氟甲基磺酸钪 (Sc(OTf)3)等。(6)二价铜化合物,可以举例如,醋酸铜等。(7)三价铁化合物,可以举例如,三氯化铁水溶液、硫酸铁水合物、硝酸铁水合物等。其中,优选硫酸、盐酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钙、三乙胺、吡啶、醋酸铜、叔丁醇钾。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的六氢三嗪类动态共价键,其可以利用化合物原料中含有的氨基与醛基在低温条件下(如50℃)通过缩聚反应形成(I)型的六氢三嗪类动态共价键,再通过在高温条件下(如200℃)加热形成(II)型的六氢三嗪类动态共价键;也可以利用含有六氢三嗪类动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物。其中,对于含有六氢三嗪类动态共价键的化合物原料没有特别限制,优选含有六氢三嗪类动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔、羧酸、酯、酰胺,更优选含有六氢三嗪类动态共价键的多元醇、异氰酸酯、环氧化合物、烯、炔。
本发明中,所述的动态可交换型三烷基锍键,其在加热条件下可以被激活,并发生烷基交换反应,体现出动态可逆特性;其中,所述的“烷基交换反应”是指在别处形成新的三烷基锍键并伴随着旧的三烷基锍键的解离,从而产生链的交换和聚合物拓扑结构的变化。在本发明中,所述的烷基交换反应优选在 130-160℃加热条件下进行。在本发明中所述的动态可交换型三烷基锍键,其选自但不仅限于如下结构:
其中,X
—选自磺酸盐,优选苯磺酸盐,更优选对溴苯磺酸盐;
表示与聚合物链、交联网络链或者其他任意合适的基团/原子的连接。
在本发明的实施方式中,所述动态聚合物中含有的动态可交换型三烷基锍键,其可以利用化合物原料中含有的巯基与不饱和碳碳双键通过巯基-迈克尔加成反应形成,并加入磺酸盐作为烷基化试剂。
本发明中的无硼动态共价键能够在特定条件下保持稳定,起到提供平衡结构和力学强度的目的,又能够在另外的特定条件下体现出动态可逆性,使得材料能够进行完全的自修复、回收利用以及塑性形变;同时,不同种类无硼动态共价键的存在,使得聚合物能够对热量、光照、pH、氧化还原等外界刺激能够表现出不同的响应效果,通过选择性地控制外界条件,可以在适当的环境下促进或减缓动态可逆平衡,使动态聚合物处于所需的状态。
为了使本发明中的无硼动态共价键达到动态可逆平衡,从而具有动态可逆性,体现出良好的动态可逆效果,通常需要通过温度调节、加入氧化还原剂、加入催化剂、光照、辐射、微波、等离子体作用、调节 pH等方式使其具有动态可逆性。其中,在本发明中可采用的温度调节方式,其包括但不限于水浴加热、油浴加热、电加热、微波加热及激光加热等。在本发明中所采用的光照类型不受限制,优选紫外光(UV)、红外光、可见光、激光、化学荧光,更优选紫外光、红外光、可见光。在本发明中所采用的辐射包括但不限于高能电离射线,如α射线、β射线、γ射线、x射线、电子束等。在本发明中所采用的等离子体作用指的是利用由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质进行催化作用。在本发明中所采用的微波,指的是频率为300MHz~300GHz的电磁波。
在本发明的实施方式中,对于利用含有动态共价键的化合物原料通过其所含有的反应性基团之间的聚合/交联反应引入动态聚合物的过程中,对于导入动态共价键的反应类型和方式等无特别限定,优选如下反应:异氰酸酯与氨基、羟基、巯基、羧基、环氧基团的反应,羧酸、酰卤、酸酐、活性酯与氨基、羟基、巯基的反应,环氧基团与氨基、羟基、巯基的反应,thiol-ene点击反应,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,烯-胺的Michael加成反应,叠氮-炔点击反应,四唑-烯烃环加成反应,硅羟基缩合反应;更优选能够在不高于100℃条件下快速反应的方式,包括但不限于异氰酸酯基与氨基、羟基、巯基、羧基的反应,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,thiol-ene点击反应。
在本发明的实施方式中所述的反应性基团,指的是能够自发地或者能够在引发剂或光、加热、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/或动态共价键和/或超分子作用的基团,合适的基团包括但不限于: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、硫自由基、硒自由基、超分子基元等;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、氧自由基、硫自由基、超分子基元。
在本发明中,所述的非氢键型超分子作用,其包括但不限于金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、亲金属作用、偶极-偶极作用、卤键作用、路易斯酸碱对作用、阳离子-π作用、阴离子-π作用、苯-氟苯作用、π-π堆叠作用、离子氢键作用、自由基阳离子二聚作用、相分离作用、结晶作用。
其中,在本发明中所述的金属-配体作用,其指的是由配体基团(以L表示)与金属中心(以M表示) 所形成的配位键所建立的超分子作用。所述的配体基团,其选自环戊二烯,或者含有至少一个配位原子或离子(以A表示)的结构单元。所述的金属中心,其可选自金属离子、金属螯合物的金属中心、金属有机化合物的金属中心、金属无机化合物中的金属中心。其中,一个配位原子或离子可以与一个或者多个金属中心形成一个或多个配位键,一个金属中心也可以与一个或者多个配位原子或离子形成一个或者多个配位键。一个配体基团与金属中心形成的配位键的数量称为配体基团的齿数。本发明的实施方式中,同一个体系中,一个金属中心能与一齿配体、二齿配体、三齿配体中的一种或多种配体形成金属-配体作用,不同的配体间还可能通过金属中心连接成环,本发明因此可以有效提供种类、数量和性能足够丰富的动态性金属 -配体作用,下述通式所示结构为一些给出示例,但本发明不仅限于此:
其中,A是配位原子或离子,M是金属中心,每个配体基团与同一个金属中心所形成的一个A-M键为一齿,式中用单键把A连接起来表示该配位原子或离子属于同一个配体基团,当一个配体基团中含有两个或两个以上配位原子或离子时,A可以是相同的原子也可以是不同的原子,选自包括但不仅限于硼、氮、氧、硫、磷、硅、砷、硒、碲;优选硼、氮、氧、硫、磷;更优选氮、氧;最优选氮。需要说明的是,有时A以负离子形式存在;
是环戊二烯配体。在本发明中,优选一个配位原子或离子仅与一个金属中心形成一个配位键,因此配体基团中含有的配位原子或离子的数量即为配体基团的齿数。所述配体基团与金属中心形成的金属-配体作用(以M-L
x表示,x表示与同一个金属中心相作用的配体基团的数量)的强弱与配体基团上的配位原子或离子的种类和数量、金属中心的种类以及价态和离子对等有关。
本发明的实施方式中,当形成凝胶点以上的超分子作用交联时,为了能够形成基于金属-配体作用的交联,一个金属中心至少要能够与两个所述的配体基团形成金属-配体作用(即M-L2结构),也可以由多个配体与同一个金属中心形成金属-配体作用,其中两个或多个配体基团可以相同或不同。一个金属中心的配位数有限,配体基团的配位原子或离子越多,一个金属中心能够配位的配体数量越少,基于金属-配体作用的超分子交联度就越低;但每个配体与金属中心所形成的齿数越多配位作用越强,动态性就越低,因此本发明中优选不超过三齿的配体基团。
在本发明的实施方式中,一条聚合物链或一个动态聚合物体系中可以仅有一种配体,也可以同时存在多种配体的任意合适的组合。所述的一种配体,指的是一种核心配体结构,一个骨架配体、侧基配体、端基配体可以具有同一种核心配体结构,它们的不同之处在于核心配体结构接入聚合物链或小分子的的连接点和/或位置不同。合适的配体组合可以有效地制备具有特定性能的动态聚合物,例如起到协同和/或正交的效果,提升材料的综合性能。合适的配体基团(核心配体结构)可以举例如下,但本发明不仅限于此:
一齿配体基团举例如下:
二齿配体基团举例如下:
三齿配体基团举例如下:
四齿配体基团举例如下:
多齿配体举例如下:
在本发明的实施方式中,所述的金属中心M可以是任意合适的金属离子或化合物/螯合物等的金属中心,其可选自元素周期表中任意一种金属的任意合适的离子形式、化合物/螯合物形式及其组合。
所涉及的金属优选为第一副族至第七副族以及第八族中的金属。所述的第一副族至第七副族以及第八族中的金属还包括镧系金属(即La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu) 和锕系金属(即Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Es、Fm、Md、No、Lr)。
所涉及的金属更优选为第一副族(Cu、Ag、Au)金属、第二副族(Zn、Cd)金属、第八族(Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt)金属、镧系(La、Eu、Tb、Ho、Tm、Lu)金属、锕系(Th)金属。进一步优选为Cu、Zn、Fe、Co、Ni、Pd、Ag、Pt、Au、La、Ce、Eu、Tb、Th,以获得更强的动态性。
在本发明的实施方式中,所涉及的金属有机化合物并无限制,合适的例子可以举例如下:
其他能够提供金属中心的合适金属有机化合物包括但不限于金属-有机笼、金属-有机框架。此类金属有机化合物可以单独使用,或者通过合适的共价化学链接方式引入到聚合物链的合适位置。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。
在本发明的实施方式中,所涉及的金属无机化合物优选上述金属的氧化物、硫化物颗粒,特别是纳米颗粒。
在本发明的实施方式中,可以提供合适金属中心的金属螯合物优选具有配位点空缺的螯合物,或者部分配体可以被本发明的所述骨架配体所取代的螯合物。
在本发明的实施方式中,配体基团与金属中心的组合并无特别限制,只要配体能够与金属中心形成合适的金属-配体作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的离子作用,其指的是在动态聚合物结构中含有至少一对带正负电荷的离子基团,并由正离子基团和负离子基团间通过库仑力所形成的超分子作用。所述的正离子基团指的是一种带有正电荷的基团,作为例子可以举例如:
优选
所述的负离子基团指的是一种带有负电荷的基团,作为例子可以举例如:-O
-、
优选
其中,负离子基团还可以存在于粘土矿物中,所述的粘土矿物包括但不仅限于高岭石、叶蛇纹石、叶蜡石、滑石、蒙脱石、皂石、姪石、水云母、云母、绿泥石、坡缕石、海泡石。在特殊情况下,正离子基团和负离子基团可以处于同一个化合物结构中,如胆碱甘油磷酸盐、2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱、左旋肉碱、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱等化合物。离子作用能够稳定地存在于聚合物中,而且可以通过改变离子基团的浓度和种类,对离子作用的强弱进行很好的控制。
在本发明的实施方式中,正离子基团与负离子基团的组合并无特别限制,只要正离子基团能够与负离子基团形成合适的离子作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的离子-偶极作用,其指的是当两种电负性不同的原子成键时,由于电负性较大原子的诱导作用使得电荷分布不均匀,导致电子的不对称分布,产生电偶极,该电偶极与带电荷的离子基团相互作用所形成的超分子作用。其中,所述的离子基团可以是任意合适的带电荷基团,举例如下,但本发明并不仅限于此:
-O
-、
优选
其中,所述的电偶极可以由任意合适的两种电负性不同的原子成键而产生,举例如下,但本发明并不仅限于此:C-N、C=N、C≡N、C=O、C-O、C-S、C=S、C-F、C-Cl、C-Br、C-I、H-O、H-S、H-N,优选C≡N、C=O、C-F、H-O。离子-偶极作用在电化学的环境中可以稳定存在,作用力大小易于调控,作用力产生和解离的条件比较温和。
在本发明的实施方式中,离子基团与电偶极的组合并无特别限制,只要离子基团能够与电偶极形成合适的离子-偶极作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的主体-客体作用,其指的是任意合适的通过主体-客体作用所建立的超分子作用主体。其中,所述的主体(用H表示)是一类能够实现分子识别的带空穴的化合物(大分子或无机有机离子骨架);所述的客体(用G表示)是一类能够被主体识别而嵌入主体的空穴中的化合物(小分子或离子团)。一个主体分子可以识别键合多个客体分子,在本发明的实施方式中,优选一个主体分子至多与两个客体分子相识别作用。所述的主体分子包括但不仅限于醚(包括冠醚、穴醚、球醚、半球醚、荚状醚、套索醚、苯并冠醚、杂冠醚、杂穴醚、混合穴醚)、环糊精、环蕃、葫芦脲、杯芳烃、柱芳烃以及合适的无机有机离子骨架,优选冠醚、β-环糊精、葫芦[8]脲、杯[4]芳烃、柱[5]芳烃。所述的客体分子包括但不仅限于长链烷烃、环烷烃、杂环烷烃、芳烃、杂芳烃、稠环结构化合物、杂环结构化合物、单环结构化合物、多环结构化合物、螺环结构化合物、桥环结构化合物、合适的离子团,优选长链烷烃、杂环化合物、多环化合物、桥环化合物、合适的离子团。主体分子和客体分子可以在聚合物中稳定的存在,其形成的主客体作用强度适中,可以在较为温和的条件下相互作用或解离,使动态聚合物的动态性在平常的条件下就得以实现。
合适的主体分子可以举例如下,但本发明不仅限于此:
Ni(PDC)(H
2O)
2骨架、 Zn
3(PTC)
2(H
2O)
8·4H
2O骨架;
合适的客体分子可以举例如下,但本发明不仅限于此:
在本发明的实施方式中,主体分子与客体分子的组合并无特别限制,只要主体能够与客体形成合适的主体-客体作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的亲金属作用,其指的是当两个最外层电子结构为d10或d8的金属离子靠近至小于其范德华半径之和时所产生的相互作用力;其中,亲金属作用的两个金属离子可以相同也可以不同。所述的最外层电子结构为d10的金属离子包括但不仅限于Cu+、Ag+、Au+、Zn2+、Hg2+、Cd2+,优选Au+、 Cd2+;所述的最外层电子结构为d8的金属离子包括但不仅限于Co+、Ir+、Rh+、Ni2+、Pt2+、Pb2+,优选Pt2+、 Pb2+。亲金属作用可以在聚合物中稳定存在,作用强度适中,且具有一定的方向性,不具有明显的饱和性,能聚集形成多核配合物,受外界环境的影响较小,可以使所制备聚合物的动态性更充足。
在本发明的实施方式中,形成亲金属作用的组合并无特别限制,只要金属离子之间形成合适的亲金属作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
Cu—Cu、Ag—Ag、Au—Au、Zn—Zn、Hg—Hg、Cd—Cd、Co—Co、Ir—Ir、Rh—Rh、Ni—Ni、Pt—Pt、 Pb—Pb、Cu—Ag、Cu—Au、Ag—Au、Cu—Zn、Cu—Co、Cu—Pt、Zn—Co、Zn—Pt、Co—Pt、Co—Rh、 Ni—Pb。
其中,在本发明中所述的偶极-偶极作用,其指的是当两种电负性不同的原子成键时,由于电负性较大原子的诱导作用使得电荷分布不均匀,导致电子的不对称分布,产生电偶极,两个电偶极之间所产生的相互作用。其中,所述的电偶极可以由任意合适的两种电负性不同的原子成键而产生,举例如下,但本发明并不仅限于此:C-N、C=N、C≡N、C=O、C-O、C-S、C=S、C-F、C-Cl、C-Br、C-I、H-O、H-S、H-N,优选C≡N、 C=O、C-F、H-O,更优选C≡N。偶极-偶极作用可以能够稳定的存在于聚合物中,易于调控,作用基团的配对可以产生微结构域,使相互作用更稳定;温度较高时,偶极-偶极作用会减弱甚至消失,因此含有偶极- 偶极作用的聚合物可以根据温度的差异而体现出动态性的差异。
在本发明的实施方式中,电偶极之间的组合并无特别限制,只要电偶极间能形成合适的偶极-偶极作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的卤键作用,其指的是由卤素原子与中性的或者带负电的路易斯碱之间形成的非共价相互作用,其本质是卤素原子的σ反键轨道与具有孤电子对的原子或π电子体系之间的相互作用。卤键相互作用可以用—X···Y—表示,其中,X可选自Cl、Br、I,优选Br、I;Y可选自F、Cl、Br、I、N、 O、S、π键,优选Br、I、N、O。卤键具有方向性,倾向于线性的几何特征;随着卤素原子序数的增加,其可结合的电子供体数目也会增多,形成的卤键强度也就越高。基于卤键作用,可以设计出有序性、自修复性的动态聚合物。
在本发明的实施方式中,卤键作用的形成原子组合并无限制,只要能在动态聚合物中形成稳定的卤键作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
—Cl···Cl—、—Cl···F—、—Cl···Br—、—Cl···I—、—Cl···N—、—Cl···O—、—Cl···S—、—Cl···π—、—Br···Br—、—Br···F—、—Br···I—、—Br···N—、—Br···O—、—Br···S—、—Br···π—、—I···I—、—I···F—、—I···N—、—I···O—、—I···S—、—I···π—。
其中,在本发明中所述的路易斯酸碱对作用,其指的是由路易斯酸和路易斯碱之间所形成的非共价相互作用。其中,所述的路易斯酸,其指的是能够接受电子对的一类物质(包括分子、离子或原子团),其可选自正离子基团(如烷基正离子、硝基正离子、季铵正离子、咪唑正离子等)、金属离子(如钠离子、钾离子、钙离子、镁离子等)、缺电子化合物(如三氟化硼、有机硼烷、氯化铝、氯化铁、三氧化硫、二氯卡宾、三氟甲磺酸盐等),所述的路易斯酸优选烷基正离子、季铵正离子、咪唑正离子、有机硼烷,更优选为有机硼烷;所述的路易斯碱,其指的是能够给出电子对的一类物质(包括分子、离子或原子团),其可选自负离子基团(如卤离子、氧离子、硫离子、氢氧根离子、碳酸根离子、硝酸根离子、硫酸根离子、磷酸根离子、烷氧基离子、烯烃、芳香化合物等)、带有孤电子对的化合物(如氨、胺、亚胺、偶氮化合物、亚硝基化合物、氰、异氰酸酯、醇、醚、硫醇、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、一氧化二氮、二氧化硫、有机磷烷、卡宾等),所述的路易斯碱优选烷氧基离子、烯烃、芳香化合物、胺、偶氮化合物、亚硝基化合物、异氰酸酯、二氧化碳、有机磷烷,更优选为胺、偶氮化合物、亚硝基化合物、有机磷烷。其中,所述的路易斯酸碱对作用优选“受阻路易斯酸碱对作用”,所述的“受阻路易斯酸碱对作用”,其指的是路易斯酸碱对作用中的路易斯酸、路易斯碱中的至少一个需与“具有位阻效应的大基团”相连;所述的“具有位阻效应的大基团”,可以削弱路易斯酸与路易斯碱之间配位键的强度,从而使得路易斯酸碱对体现出强动态性超分子的性质,其选自C3-20烷基、环C3-20烷基、苯基、苄基、芳烃基及以上基团的不饱和形式、被取代形式、被杂化形式及其组合,更优选自异丙基、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、苯基、三甲基苯基、氟代苯基、苄基、甲基苄基,最优选自叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、环戊基、环己基、苯基、三甲基苯基、氟代苯基、苄基、甲基苄基。其中,偶氮类化合物优选自偶氮甲烷、偶氮叔丁烷、N-甲基偶氮甲胺、N-甲基偶氮乙胺、N-乙基偶氮乙胺、偶氮二乙酸、偶氮苯、偶氮二苯胺、二氯偶氮苯、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二甲酯、偶氮二甲酸二乙酯、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二叔丁酯;亚硝基化合物优选自亚硝基甲烷、亚硝基叔丁烷、N-亚硝基乙醇胺、亚硝基苯、亚硝基甲苯、亚硝基氯苯、亚硝基萘、N-亚硝基脲。所述的路易斯酸碱对作用,其具有良好的动态可逆性,能够在略微加热或在有机溶剂存在条件下进行快速地解离,从而实现自修复或者重新塑形。
在本发明的实施方式中,路易斯酸碱对作用的形成组合并无限制,只要能在动态聚合物中形成稳定的路易斯酸碱对作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的阳离子-π作用,其指的是由阳离子基团与芳香π体系之间所形成的非共价相互作用。阳离子-π作用主要有三大类,第一组是简单无机阳离子或离子团(如Na+、K+、Mg2+、NH4 +、Ca2+) 和芳香π体系之间的作用;第二组是有机阳离子(如季铵阳离子)和芳香π体系之间的作用;第三类是偶极键中带正电荷的原子(如N-H键中的H原子)和芳香π体系之间的作用。阳离子-π作用的种类丰富,强度适中,能够稳定地存在于各种环境中,基于阳离子-π作用能够制备出性能丰富的动态聚合物。
在本发明的实施方式中,阳离子-π作用的种类并没有特别限制,只要能只要能在动态聚合物中形成稳定的阳离子-π作用即可。一些合适的阳离子基团可以举例如下,但本发明不仅限于此:
Na
+、K
+、Li
+、Mg
2+、Ca
2+、 Be
2+、H-O、H-S、H-N。
其中,在本发明中所述的阴离子-π作用,其指的是由阴离子基团与缺电子芳香π体系之间形成的非共价相互作用。所述的阴离子基团可以是简单的无机非金属离子或离子团(如Cl-、Br-、I-、OH-);也可以是有机阴离子基团(如苯磺酸基);还可以是偶极键中带负电荷的原子(如C-Cl键中的氯原子)。所述缺电子芳香π体系是指由于成环原子电负性的不同,环的π电子云密度分布并不均匀,π电子主要向电负性高原子方向偏移,从而导致芳香环的π电子云分布密度下降,如吡啶、氟苯等。阴离子-π作用具有可逆性和可控识别性,能够用其构建出具有特殊性能的动态聚合物。
在本发明的实施方式中,阴离子-π作用的种类并没有特别限制,只要能只要能在动态聚合物中形成稳定的阴离子-π作用即可。一些合适的阴离子基团可以举例如下,但本发明不仅限于此:
一些合适的缺电子芳香π体系可以举例如下,但本发明不仅限于此:吡啶、哒嗪、氟苯、硝基苯、四氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪、苯三酰亚胺。
其中,在本发明中所述的苯-氟苯作用,其指的是由芳烃与多氟代芳烃之间通过色散力和四极矩作用共同组成的非共价相互作用。由于氟原子的电离势很高且原子极化率和原子半径都较小,多氟代芳烃中四周的氟原子因电负性大而带负电荷,中心碳环骨架电负性较小而带有正电荷。因为碳原子的电负性大于氢原子,所以芳烃的电四极矩方向与多氟代芳烃的电四极矩方向相反,且由于氟原子的体积很小,多氟代芳烃和芳烃的体积相近,所以芳烃与多氟代芳烃以交替的面对面方式堆积作用,形成柱状堆积结构,且这种堆积方式基本不受引入官能团的影响。利用苯-氟苯作用的可逆性和堆积作用,可以制备出具有特殊功能的动态聚合物。
在本发明的实施方式中,苯-氟苯作用的种类并没有限制,只要能在动态聚合物中形成稳定的苯-氟苯作用即可。一些合适的苯-氟苯作用可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的π-π堆叠作用,其指的是动态聚合物中含有能够提供π键电子云的芳香π体系,通过π键电子云的相互交叠所形成的π-π堆叠作用。π-π堆叠的作用方式有三种,包括面面堆积、偏移堆积和边面堆积。其中,面面堆积指的是相互作用的环面彼此平行,且平行环面中心的距离与环面之间的距离几乎相等,这种堆积方式的π-π作用是静电互斥的,比较不稳定,但是当环面上连接的取代基吸电子性较强时,面面堆积的π-π作用变得比较明显;偏移堆积指的是作用环面相互平行,但环中心有一定偏移,即环中心的距离大于环面间距离,这种堆积方式缓解了两个环面之间的互斥作用,相应增加了σ-π的吸引力,是比较常见的堆积方式;除了面面堆积和偏移堆积以外的堆积方式称为边面堆积,这种堆积方式能量最小,分子间斥力最小,常见于范德华表面较小的环共轭分子之间或有柔性连接子的环共轭分子之间。
能够提供π键电子云的芳香π体系,包括但不限于大部分的稠环化合物及一些存在π-π共轭的杂环化合物,合适的芳香π体系可以举例如下,但本发明不仅限于此:
π-π堆叠作用形成方式简单,可以稳定存在于聚合物中,受外界环境的影响较小,可以方便地通过改变共轭化合物和含量对其进行调控。
在本发明的实施方式中,提供π键电子云的芳香π体系的组合并无特别限制,只要芳香π体系之间形成合适的π-π堆叠作用即可。一些合适的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的离子氢键作用,其由可形成氢键作用的正离子基团和负离子基团构成,同时形成氢键作用和正负离子间的库仑作用,或由可形成氢键作用的正/负离子基团与中性氢键基团构成,同时形成氢键作用和正/负离子与中性基团间的离子-偶极作用。
在本发明的实施方式中,一些合适的离子氢键作用的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的自由基阳离子二聚作用,其指的是由同时含有自由基和阳离子的自由基阳离子基团之间通过相互作用所建立起的超分子作用。作为举例,所述的可形成自由基阳离子二聚作用的自由基阳离子基团包括但不限于以下所举:
在本发明的实施方式中,一些合适的自由基阳离子二聚作用的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
其中,在本发明中所述的相分离作用,其指的是在多相体系中,由于某一环境条件变化在相与相之间出现分离的不稳定倾向,其包括在配位、复合、组装、组合、聚集等超分子作用过程中引起的相分离、不相容的相引起的相分离、不相容的嵌段结构引起的相分离等。
在本发明的实施方式中,相分离所形成的相拓扑结构(相形态)没有限制,包括但不限于球状、圆柱形状、螺旋状、层状及其组合形式。任何一相,包括不同的相之间,可以分散在另外一相中,也可以与其他相形成互穿的双/多连续相,也可以是相互独立的连续相,也可以是上述的混合形式。在本发明的实施方式中,优选其中一相以球状分散在另一相中作为分相物理交联,如此所述聚合物能够更方便地具有更好的柔软性和弹性并更加适合发挥动态性。
其中,在本发明中所述的结晶作用,其指的是聚合物链排列折叠形成有序区域的过程,其包括在配位、复合、组装、组合、聚集等超分子作用过程中引起的结晶、不相容的相引起的结晶、不相容的嵌段结构引起的结晶、规整性易结晶链段引起的结晶、由液晶引起的结晶等。其中,通过引入液晶链段,利用由液晶引起的结晶,可以有效地调控结晶作用,使得其能够在热、光、pH和化学变化等刺激条件下实现动态可逆转变;其中,所述的液晶链段,其可以通过液晶聚合物(如聚对苯甲酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚苯并噻唑、聚苯并恶唑等)、液晶基团(如偶氮苯及其衍生物、联苯、对苯二甲酸二苯酯、胆甾衍生物等)、液晶基元(如4,4’-二甲氧基氧化偶氮苯、乙烯基对苯二甲酸二对甲氧基苯酯、介晶二丙烯酸酯等)等方式引入。
在本发明中,所述的相分离作用和结晶作用,其可以独立存在,也可以由同一种基元结构同时具有。所述的超分子作用所产生的相分离和/或结晶,不仅起到增大超分子表观分子量和调控超分子拓扑结构以及聚合物微观结构的作用,还具有自增强的效果,可以提高聚合物的强度、模量等性能。
在本发明的实施方式中,具有所述相分离作用/结晶作用的动态聚合物可以是基于下列聚合物链段、基团或其中任几种组合的链段,但不仅限于此:具有高玻璃化转变温度(即玻璃化转变温度高于材料工作温度的上限,通常高于40℃,优选不低于100℃)的无定形聚合物链段,如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡啶、氢化聚冰片烯、聚醚、聚酯、聚醚醚酮、聚芳族碳酸酯、聚砜等;富含氢键基团的聚合物链段、基团,如聚酰胺、聚肽、富含脲键的链段、富含氨基甲酸酯键的链段、基于脲基嘧啶酮的链段等;富含结晶相的聚合物链段、基团,如结晶性聚乙烯、结晶性聚丙烯、结晶性聚酯、结晶性聚醚、液晶聚合物、液晶基团等;离子型聚合物链段,如聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚丙烯酰胺盐、聚苯乙烯磺酸盐等;富含共轭结构的聚合物链段,如聚乙炔、聚苯乙炔、聚苯、聚芴、聚噻吩等。其中,优选具有高玻璃化转变温度的无定形聚合物链段、富含氢键基团的聚合物链段/基团、富含结晶相的聚合物链段/基团,以便设计和调控所述的动态聚合物分子结构,获得最佳的性能。
在本发明的实施方式中,所述的非氢键型超分子作用优选自如下组合:
金属-配体作用和离子作用,利用两种作用中的离子和金属能够使动态聚合物的导电性大大提高;金属 -配体作用和主体-客体作用,利用两种作用的识别作用能够使动态聚合物的功能特异性大大提高;金属-配体作用和离子-偶极作用,利用两种作用中的离子和金属能够使动态聚合物的导电性大大提高;金属-配体作用和π-π堆叠作用,金属-配体作用的配体基团大多数也能够形成π-π堆叠作用,因此这两种超分子作用组合的动态聚合物容易制备,通常具有较好的力学稳定性;离子作用和离子-偶极作用和偶极-偶极作用,这三种超分子作用的作用基团简单,只需要在动态聚合物中含有电性相反的离子以及适量的偶极基团,就能够形成这三种超分子作用的组合,使动态聚合物不仅能够具有良好的导电性,同时具有良好的力学性能和动态特性;π-π堆叠作用和亲金属作用,亲金属作用的作用基团通常也能够形成π-π堆叠作用,这两种超分子作用组合的动态聚合物容易制备,亲金属作用常常伴随着π-π堆叠作用,且所制得的动态聚合物力学性能稳定。
在本发明中所述的可选的氢键作用,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,更优选自F、N、O原子,更优选自O、 N原子。
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。
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,可以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,可以与动态共价键、非氢键型超分子作用一起提供动态性能。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,所述的氢键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氢键受体,优选同时含有氢键供体和氢键受体。
本发明中所述的氢键供体可以是任意合适的含有氢原子的供体基团,优选含有以下结构成分中的至少一种:
更优选含有
本发明中所述的氢键受体可以是含有任意合适的电负性原子(如O、N、S、F等)的受体基团,优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,A选自氧原子、硫原子;D选自氮原子、单取代烷基;X选自卤素原子。
本发明中所述的同时含有氢键供体和氢键受体的氢键基团,可以是任意合适的含有氢键供体和氢键受体的氢键基团,优选含有以下结构成分中的至少一种:
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;所述的氢键基团也可以存在于所述动态聚合物组成成分如小分子化合物或者填料中。当氢键基团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。
本发明的实施方式中,所述的骨架氢键基团优选含有以下任一种或任几种结构成分:
其中,W选自氧原子、硫原子;X选自氧原子、硫原子、氮原子、碳原子;其中,a为与X原子相连的D 的数目;当X选自氧原子或硫原子时,a=0,D不存在;当X选自氮原子时,a=1;当X选自碳原子时, a=2;D选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基,优选自氢原子;
表示与聚合物主链骨架、交联网络链骨架、侧链骨架(包括其多级结构)、侧基(包括其多级结构)或者其他任意合适的基团/ 原子的连接;环状基团结构为含有至少一个N-H键的非芳香性或芳香性氮杂环基团,且至少有两个成环原子为氮原子,环状基团结构可以是小分子环,也可以是大分子环,其优选自3~50元环,更优选自3~10元环;环状基团结构的成环原子各自独立地为碳原子、氮原子或其他杂原子,各个成环原子上的氢原子可以被取代,也可以不被取代。在本发明的实施方式中,骨架氢键基团优选自酰胺基、氨基甲酸酯基、脲基、硫代氨基甲酸酯基、硫脲基、吡唑、咪唑、咪唑啉、三唑、嘌呤、卟啉以及以上基团的衍生物。
合适的骨架氢键基团举例如(但本发明不仅限于此):
本发明的实施方式中,所述的侧基氢键基团/端基氢键基团优选含有以下任一种或任几种结构成分:
其中,W选自氧原子、硫原子;X选自氧原子、硫原子、氮原子、碳原子;其中,a为与X原子相连的D 的数目;当X选自氧原子或硫原子时,a=0,D不存在;当X选自氮原子时,a=1;当X选自碳原子时, a=2;D选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基,优选自氢原子;I为二价连接基团,其选自单键、杂原子连接基、二价小分子烃基;Q为端基,其选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基;
表示与聚合物主链骨架、交联网络链骨架、侧链骨架(包括其多级结构)、侧基(包括其多级结构)或者其他任意合适的基团/ 原子的连接;其中,I、D、Q任意两个或多个之间可以连接成环,所述的环包括但不限于脂肪族环、芳香族环、醚环、缩合环及其组合;环状基团结构为含有至少一个N-H键的非芳香性或芳香性氮杂环基团,且至少有两个成环原子为氮原子,环状基团结构优选自3~50元环,更优选自3~10元环;环状基团结构的成环原子各自独立地为碳原子、氮原子或其他杂原子,各个成环原子上的氢原子可以被取代,也可以不被取代。在本发明的实施方式中,侧基氢键基团/端基氢键基团优选自酰胺基、氨基甲酸酯基、脲基、硫代氨基甲酸酯基、硫脲基、吡唑、咪唑、咪唑啉、三唑、嘌呤、卟啉以及以上基团的衍生物。
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,还可以具有如下举例结构 (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:
在本发明的实施方式中,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。在本发明中,除形成链间交联外,还可以形成链内环。需要指出的是,本发明中不排除部分所形成的氢键作用既不形成链间交联作用,也不形成链内环,仅形成非交联性聚合、接枝等作用。在本发明的实施方式中,优选骨架氢键基团、侧基氢键基团、端基氢键基团中的至少一种在各自同一种氢键基团之间形成链间交联和/或至少两种不同种的氢键基团之间形成链间交联。
在本发明的实施方式中,所述的“超分子基元”,指的即是用于形成各类超分子作用的基团或分子或结构单元,其包括但不仅限于配体基团、金属中心、离子基团、电偶极、主体分子、客体分子、金属离子、卤素原子、路易斯碱、路易斯酸、芳香π体系、芳烃、多氟代芳烃、自由基阳离子基团、相分离性聚合物链段、结晶性聚合物链段、氢键基团等。所述的超分子基元,其可以位于所述动态聚合物任意合适的位置上,例如非交联动态聚合物的主链骨架上、非交联动态聚合物的侧链/支链/分叉链骨架上、交联动态聚合物的交联网络链骨架上、交联动态聚合物交联网络链骨架的侧链/支链/分叉链骨架上、动态聚合物的侧基和/或端基上、聚合物的其他组成成分如小分子、填料等。
在本发明的实施方式中,动态聚合物中可以含有一种或一种以上的超分子基元,同一个交联网络中也可以含有一种或一种以上的超分子基元,也即动态聚合物中可以含有一种超分子基元或多种超分子基元的组合。所述的超分子基元,其可以通过任意合适的化学反应引入,例如:异氰酸酯与氨基、羟基、巯基、羧基的反应,杂环的亲电取代反应,杂环的亲核取代反应,双键自由基反应,杂环的侧链反应,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,活性酯与氨基的反应;优选异氰酸酯与氨基、羟基、巯基的反应,叠氮-炔点击反应,尿素-胺的反应,酰胺化反应,活性酯与氨基的反应,巯基-双键/炔点击反应;更优选异氰酸酯与氨基、羟基、巯基的反应,巯基-双键/炔点击反应,叠氮-炔点击反应。
在本发明的实施方式中,超分子基元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,在形成交联的同时引入,在形成交联之后引入。优选在形成预聚物和交联的同时引入。为避免超分子基元引入后形成超分子作用交联影响混合、溶解等操作,也可以对超分子基元进行封闭保护,待合适时间(如形成交联的同时或之后)再进行解保护。
根据本发明的一个优选实施方式(第一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,由于组合杂化动态聚合物为非交联结构,能够在特定条件下进行快速自修复、回收重复使用以及加工成型。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链) 中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,同时引入氢键作用,能够与含硼动态共价键、无硼动态共价键、非氢键型超分子作用一同起到正交和/或协同效应,达到更为优异的调控效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物 (链)中。在该实施方式中,选用的含硼动态共价键具有良好的调控性和丰富的结构可选择性,通过控制含硼动态共价键中有机硼酸基元的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和不同动态性的动态聚合物。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物 (链)中。在该实施方式中,选用的含硼动态共价键结构简单、稳定,且具有灵敏的动态响应性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的含硼动态共价键原料来源广泛、制备简单,且具有灵敏的动态响应性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的动态共价键结构简单、制备方便,且具有多重动态刺激响应形式,可以通过温度调节、加入氧化还原剂、加入催化剂、加入引发剂、光照等方式实现动态可逆特性,赋予了动态聚合物良好的动态效果和调控能力。
根据本发明的另一个优选实施方式(第七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物 (链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的无硼动态共价键可对pH值的变化进行动态响应,通常适用于制作凝胶材料,并可通过调控溶胀剂的pH值,实现对动态平衡反应的控制以及聚合物材料的凝胶-溶胶转变。
根据本发明的另一个优选实施方式(第八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种基于可逆自由基的动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的基于可逆自由基的动态共价键,其具有多重动态刺激响应形式,可以通过控制温度、光照条件、引发剂引发等方式实现动态可逆特性,且该动态共价键的动态转变条件还具有激活温度窗口宽、光照波长范围广等特点,赋予了动态聚合物良好的动态效果和调控能力。
根据本发明的另一个优选实施方式(第九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种结合性可交换型酰基键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的结合性可交换型酰基键,其能够在加热或者催化剂催化条件下与亲核基团发生结合性酰基交换反应,使得动态聚合物表现出良好的动态效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有多重刺激响应性,可以在诸如温度、光照、辐射、等离子体及微波等作用下实现动态聚合物的动态可逆性以及调控效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种动态硅氧烷键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的动态硅氧烷键,其能够在加热或者催化剂催化条件下实现动态共价键的动态平衡反应,使得动态聚合物表现出良好的动态效果,且该动态共价键具有结构简单,引入方便等优势。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种动态硅醚键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的动态硅醚键,其能够在加热条件下实现动态共价键的动态平衡反应,使得动态聚合物表现出良好的动态效果,且该动态共价键具有结构简单,引入方便等优势。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的无硼动态共价键,其选自[2+2]环加成动态共价键、[4+2]环加成动态共价键、[4+4] 环加成动态共价键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的无硼动态共价键能够在不同温度或者不同光照频率或者催化剂催化条件下表现出灵敏的动态响应特性,通过控制动态共价键的原料组成和结构,可制备出具有不同拓扑结构和动态效果的动态聚合物。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的基于三唑啉二酮-吲哚加合物的合成反应过程简便,不需要催化剂以及加热等其他条件,在室温下即可进行;同时,通过调节温度即可实现动态平衡反应,使得聚合物能够体现出良好的动态效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种金属-配体作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物 (链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,通过控制金属-配体作用中的配体基团、金属中心等参数,可以在更大范围内对聚合物的动态性进行组合搭配和调控,从而获得结构丰富、性能多样、动态效果优异的聚合物材料。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种离子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链) 中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的离子作用能够稳定地存在于聚合物中,而且可以通过改变离子基团的浓度和种类,对离子作用的强弱进行很好的控制。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种离子-偶极作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物 (链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的离子-偶极作用能够在电化学的环境中稳定存在,且作用力产生和解离的条件比较温和,作用力大小易于调控,具有pH、浓度敏感性和导电性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种主体-客体作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物 (链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的主体分子和客体分子可以在聚合物中稳定的存在,其形成的主客体作用强度适中,可以在较为温和的条件下相互作用或解离,使动态聚合物的动态特性在较为温和的条件下就得以实现。
根据本发明的另一个优选实施方式(第十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种路易斯酸碱对作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的路易斯酸碱对作用具有良好的动态可逆性,能够在略微加热或在有机溶剂存在条件下进行快速地解离,从而实现自修复或者重新塑形。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种π-π堆叠作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链) 中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的π-π堆叠作用形成方式简单,可以稳定存在于聚合物中,受外界环境的影响较小,可以方便地通过改变共轭化合物和含量对其进行调控。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键均具有良好的调控性和丰富的结构可选择性,通过控制含硼动态共价键中有机硼酸基元的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和不同动态性的动态聚合物;所选用的无硼动态共价键则可以通过温度调节、光照等常规手段实现动态共价键的动态可逆平衡,操作较为简易便捷,成本较低,还可以通过调控温度以及光照频率对无硼动态共价键的动态反应平衡过程进行控制;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键均具有良好的调控性和丰富的结构可选择性,通过控制含硼动态共价键中有机硼酸基元的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和不同动态性的动态聚合物;所选用的无硼动态共价键可对pH值的变化进行动态响应,通常适用于制作凝胶材料,并可通过调控溶胀剂的pH值,实现对动态平衡反应的控制以及聚合物材料的凝胶- 溶胶转变;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物 (链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键均具有良好的调控性和丰富的结构可选择性,通过控制含硼动态共价键中有机硼酸基元的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和不同动态性的动态聚合物;所选用的无硼动态共价键一般需要在催化剂存在条件下进行动态共价键的动态平衡反应,在体系中添加催化剂或包含有催化剂的复合组分后,无硼动态共价键即可在较为温和的条件下体现出动态特性,从而与含硼动态共价键进行组合搭配体现出自修复性、可回收性等特性;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属 -配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键结构简单、稳定,能够在受到外力作用时体现出灵敏的动态响应性;所选用的无硼动态共价键则可以通过温度调节、光照等常规手段实现动态共价键的动态可逆平衡,操作较为简易便捷,成本较低,还可以通过调控温度以及光照频率对无硼动态共价键的动态反应平衡过程进行控制;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键结构简单、稳定,能够在受到外力作用时体现出灵敏的动态响应性;所选用的无硼动态共价键可对pH值的变化进行动态响应,通常适用于制作凝胶材料,并可通过调控溶胀剂的pH值,实现对动态平衡反应的控制以及聚合物材料的凝胶-溶胶转变;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键结构简单、稳定,能够在受到外力作用时体现出灵敏的动态响应性;所选用的无硼动态共价键一般需要在催化剂存在条件下进行动态共价键的动态平衡反应,在体系中添加催化剂或包含有催化剂的复合组分后,无硼动态共价键即可在较为温和的条件下体现出动态特性,从而与含硼动态共价键进行组合搭配体现出自修复性、可回收性等特性;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物仅含有一个交联网络结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,含硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,无硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,超分子作用交联的交联度在其凝胶点以下,且三者中至少二者的交联度之和在其凝胶点以上。在该实施方式中,由于动态共价键交联的交联度和超分子作用交联的交联度在其凝胶点以下,其之和在其凝胶点以上,含硼动态共价键、无硼动态共价键和超分子作用中的任何一类的解离将导致交联结构的破坏,通过控制条件能够控制聚合物的交联结构变化和性能;同时引入氢键作用,能够一同起到正交和/或协同效应,达到更为优异的调控效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物仅含有一个交联网络结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,含硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上。在该实施方式中,由于含硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,其能够在较为温和的条件下即实现交联网络的解离,体现出动态可逆性;而无硼动态共价键交联和超分子作用交联的交联度在其凝胶点以下,可以作为含硼动态共价键的补充,对材料进行快速自修复和动态响应。
根据本发明的另一个优选实施方式(第二十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物仅含有一个交联网络结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,无硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上。在该实施方式中,由于无硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,其能够在特定条件下为基体提供粘弹性和平衡结构,又能够在另外的特定条件下体现出动态可逆性;而含硼动态共价键交联和超分子作用交联的交联度在其凝胶点以下,可以作为无硼动态共价键的补充,对材料进行快速自修复和动态响应。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物仅含有一个交联网络结构,其含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,超分子作用交联的交联度在其凝胶点以上。在该实施方式中,由于超分子作用交联的交联度在其凝胶点以上,有利于在更加温和条件下即赋予聚合物材料以良好的自修复性、重复使用性,并能对材料基体的强度和粘弹性进行补充;而含硼动态共价键交联和无硼动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,可以作为超分子作用的补充。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有两个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键以及至少一种无硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种非氢键型超分子作用,在至少一个交联网络中还可选地含有氢键作用。在该实施方式中,动态共价键交联网络、超分子交联网络各自独立存在,各个网络在原料组成上也可以相互独立,从而利用不同交联网络之间动态性与稳定性的差异使得动态聚合物体现出不同的正交性和协同性,达到具有正交性的动态可逆效果。此外,通过将动态共价键交联网络、超分子作用交联网络分散共混,可以各自在体系中形成不连续、部分连续或双连续的分散相,从而分别体现出各自所具有的动态特性,还能够体现出具有差异性的自修复性能。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有两个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种无硼动态共价键以及至少一种非氢键型超分子作用,在至少一个交联网络中还可选地含有氢键作用。在该实施方式中,其中一类动态共价键的解离不会立即导致另外一类动态共价键交联网络的失效,通过设计两个动态共价键交联网络的结构并控制使用条件,可以分别调控其中一个动态共价键交联网络的结构和性能,达到合理调控动态聚合物性能的目的。此外,通过将含硼动态共价键交联网络、无硼动态共价键交联网络分散共混,可以各自在体系中形成不连续、部分连续或双连续的分散相,从而分别体现出各自所具有的动态特性,还能够体现出具有差异性的自修复性能。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有两个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种无硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键以及至少一种非氢键型超分子作用,在至少一个交联网络中还可选地含有氢键作用。在该实施方式中,其中一类动态共价键的解离不会立即导致另外一类动态共价键交联网络的失效,通过设计两个动态共价键交联网络的结构并控制使用条件,可以分别调控其中一个动态共价键交联网络的结构和性能,达到合理调控动态聚合物性能的目的。此外,通过将含硼动态共价键交联网络、无硼动态共价键交联网络分散共混,可以各自在体系中形成不连续、部分连续或双连续的分散相,从而分别体现出各自所具有的动态特性,还能够体现出具有差异性的自修复性能。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有三个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种无硼动态共价键,最后一个交联网络含有至少一种非氢键型超分子作用,在至少一个交联网络中还可选地含有氢键作用。在该实施方式中,含硼动态共价键交联网络、无硼动态共价键交联网络、超分子交联网络各自独立存在,其中一个交联网络的解离不会立即导致其他交联网络的失效,并且各个网络在原料组成上也可以相互独立,从而利用不同交联网络之间动态性与稳定性的差异使得动态聚合物体现出不同的正交性和协同性,达到具有正交性的调控效果。此外,通过将含硼动态共价键交联网络、无硼动态共价键交联网络、超分子作用交联网络分散共混,可以各自在体系中形成不连续、部分连续或双连续的分散相,从而分别体现出各自所具有的动态特性,还能够体现出具有差异性的自修复性能。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有三个交联网络结构,其中一个交联网络含有至少一种含硼动态共价键以及至少一种无硼动态共价键,另外一个交联网络含有至少一种非氢键型超分子作用,最后一个交联网络含有至少一种氢键作用。在该实施方式中,动态共价键交联网络、特定超分子交联网络、氢键作用交联网络各自独立存在,其中一个交联网络的解离不会立即导致其他交联网络的失效,并且各个网络在原料组成上也可以相互独立,从而利用不同交联网络之间动态性与稳定性的差异使得动态聚合物体现出不同的正交性和协同性,达到具有正交性的调控效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的含硼动态共价键具有良好的调控性和丰富的结构可选择性,通过控制含硼动态共价键中有机硼酸基元的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和不同动态性的动态聚合物。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的含硼动态共价键结构简单、稳定,且具有灵敏的动态响应性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的含硼动态共价键原料来源广泛、制备简单,且具有灵敏的动态响应性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第三十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的动态共价键结构简单、制备方便,且具有多重动态刺激响应形式,可以通过温度调节、加入氧化还原剂、加入催化剂、加入引发剂、光照等方式实现动态可逆特性,赋予了动态聚合物良好的动态效果和调控能力。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的无硼动态共价键可对pH值的变化进行动态响应,通常适用于制作凝胶材料,并可通过调控溶胀剂的pH值,实现对动态平衡反应的控制以及聚合物材料的凝胶-溶胶转变。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种基于可逆自由基的动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链) 中。在该实施方式中,选用的基于可逆自由基的动态共价键,其具有多重动态刺激响应形式,可以通过控制温度、光照条件、引发剂引发等方式实现动态可逆特性,且该动态共价键的动态转变条件还具有激活温度窗口宽、光照波长范围广等特点,赋予了动态聚合物良好的动态效果和调控能力。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种结合性可交换型酰基键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的结合性可交换型酰基键,其能够在加热或者催化剂催化条件下与亲核基团发生结合性酰基交换反应,使得动态聚合物表现出良好的动态效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物 (链)中。在该实施方式中,选用的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有多重刺激响应性,可以在诸如温度、光照、辐射、等离子体及微波等作用下实现动态聚合物的动态可逆性以及调控效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种动态硅氧烷键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的动态硅氧烷键,其能够在加热或者催化剂催化条件下实现动态共价键的动态平衡反应,使得动态聚合物表现出良好的动态效果,且该动态共价键具有结构简单,引入方便等优势。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种动态硅醚键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的动态硅醚键,其能够在加热条件下实现动态共价键的动态平衡反应,使得动态聚合物表现出良好的动态效果,且该动态共价键具有结构简单,引入方便等优势。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的无硼动态共价键,其选自[2+2]环加成动态共价键、 [4+2]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链) 中。在该实施方式中,选用的无硼动态共价键能够在不同温度或者不同光照频率或者催化剂催化条件下表现出灵敏的动态响应特性,通过控制动态共价键的原料组成和结构,可制备出具有不同拓扑结构和动态效果的动态聚合物。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的基于三唑啉二酮-吲哚加合物的合成反应过程简便,不需要催化剂以及加热等其他条件,在室温下即可进行;同时,通过调节温度即可实现动态平衡反应,使得聚合物能够体现出良好的动态效果。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种金属-配体作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,通过控制金属-配体作用中的配体基团、金属中心等参数,可以在更大范围内对聚合物的动态性进行组合搭配和调控,从而获得结构丰富、性能多样、动态效果优异的聚合物材料。
根据本发明的另一个优选实施方式(第四十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种离子作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的离子作用能够稳定地存在于聚合物中,而且可以通过改变离子基团的浓度和种类,对离子作用的强弱进行很好的控制。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种离子 -偶极作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的离子-偶极作用能够在电化学的环境中稳定存在,且作用力产生和解离的条件比较温和,作用力大小易于调控,具有pH、浓度敏感性和导电性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十一种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种主体-客体作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的主体分子和客体分子可以在聚合物中稳定的存在,其形成的主客体作用强度适中,可以在较为温和的条件下相互作用或解离,使动态聚合物的动态特性在较为温和的条件下就得以实现。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十二种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种路易斯酸碱对作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的路易斯酸碱对作用具有良好的动态可逆性,能够在略微加热或在有机溶剂存在条件下进行快速地解离,从而实现自修复或者重新塑形。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十三种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种π-π堆叠作用以及可选的氢键作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,选用的π-π堆叠作用形成方式简单,可以稳定存在于聚合物中,受外界环境的影响较小,可以方便地通过改变共轭化合物和含量对其进行调控。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十四种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4] 环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键均具有良好的调控性和丰富的结构可选择性,通过控制含硼动态共价键中有机硼酸基元的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和不同动态性的动态聚合物;所选用的无硼动态共价键则可以通过温度调节、光照等常规手段实现动态共价键的动态可逆平衡,操作较为简易便捷,成本较低,还可以通过调控温度以及光照频率对无硼动态共价键的动态反应平衡过程进行控制;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十五种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属 -配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键均具有良好的调控性和丰富的结构可选择性,通过控制含硼动态共价键中有机硼酸基元的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和不同动态性的动态聚合物;所选用的无硼动态共价键可对pH值的变化进行动态响应,通常适用于制作凝胶材料,并可通过调控溶胀剂的pH值,实现对动态平衡反应的控制以及聚合物材料的凝胶-溶胶转变;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十六种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键均具有良好的调控性和丰富的结构可选择性,通过控制含硼动态共价键中有机硼酸基元的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同拓扑结构和不同动态性的动态聚合物;所选用的无硼动态共价键一般需要在催化剂存在条件下进行动态共价键的动态平衡反应,在体系中添加催化剂或包含有催化剂的复合组分后,无硼动态共价键即可在较为温和的条件下体现出动态特性,从而与含硼动态共价键进行组合搭配体现出自修复性、可回收性等特性;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十七种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键结构简单、稳定,能够在受到外力作用时体现出灵敏的动态响应性;所选用的无硼动态共价键则可以通过温度调节、光照等常规手段实现动态共价键的动态可逆平衡,操作较为简易便捷,成本较低,还可以通过调控温度以及光照频率对无硼动态共价键的动态反应平衡过程进行控制;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十八种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硒氮键、缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链) 中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键结构简单、稳定,能够在受到外力作用时体现出灵敏的动态响应性;所选用的无硼动态共价键可对pH值的变化进行动态响应,通常适用于制作凝胶材料,并可通过调控溶胀剂的pH值,实现对动态平衡反应的控制以及聚合物材料的凝胶-溶胶转变;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
根据本发明的另一个优选实施方式(第五十九种聚合物结构),所述的组合杂化动态聚合物含有至少一个交联网络结构,且交联网络中含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用;其中,所述的含硼动态共价键,其选自无机硼酐键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、无机硼酸单酯键、无机硼酸硅酯键;所述的无硼动态共价键,其选自动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键;所述的非氢键型超分子作用,其选自金属-配体作用、离子作用、离子-偶极作用、主体-客体作用、路易斯酸碱对作用、π-π堆叠作用。在该实施方式中,所述含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用可以处于同一非交联聚合物(链)中,也可以相互独立地处于不同的非交联聚合物(链)中。在该实施方式中,所选用的含硼动态共价键结构简单、稳定,能够在受到外力作用时体现出灵敏的动态响应性;所选用的无硼动态共价键一般需要在催化剂存在条件下进行动态共价键的动态平衡反应,在体系中添加催化剂或包含有催化剂的复合组分后,无硼动态共价键即可在较为温和的条件下体现出动态特性,从而与含硼动态共价键进行组合搭配体现出自修复性、可回收性等特性;所选用的非氢键型超分子作用能够在聚合物中稳定存在,且具有良好的动态可逆特性。
此外,根据本发明的优选实施方式,在组合杂化动态聚合物交联网络中还可以分散有交联度在凝胶点以下的非交联聚合物和/或交联度在凝胶点以上的聚合物颗粒,所述的非交联聚合物和/或聚合物颗粒,其可以含有含硼动态共价键、无硼动态共价键、超分子作用中的一种或任几种,也可以仅由普通共价键形成。分散在其中的交联度在其凝胶点以下的非交联聚合物可以提供为交联网络提供动态性或缠结性;而分散在其中的交联度在其凝胶点以上的聚合物颗粒可以提供填充性和动态性,在应变时可以获得局部的粘度和强度增加。
此外,本发明还可以有其他多种多样的动态聚合物结构实施方式,一个实施方式中可以包含多个相同或不相同的非交联聚合物链和/或交联聚合物网络,同一个交联网络中可以包含有不同的动态共价键交联和 /或不同的超分子作用交联,其中超分子作用可以与动态共价键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动态共价键交联网络相互作用,也可以以非交联聚合物的形式分散在动态共价键交联网络中;其中,当实施方式中包含有多个相同或不相同的非交联聚合物链和/或交联聚合物网络时,各聚合物组分以共混的形式共同构成本发明所述的动态聚合物。组合杂化动态聚合物中的任一个网络的任一种交联的交联度也可以进行合理地控制,以达到调控平衡结构和动态性能的目的。在本发明中,当存在至少一种交联成分时,不同成分(包括交联成分和非交联成分)之间可以相互分散、相互穿插或部分穿插,但本发明不仅限于此。本发明中组合杂化动态聚合物的结构包括但不限于以上所举,本领域的技术人员可以根据本发明中的逻辑和脉络给予合理地实现。
本发明中所述的“正交性”,指的是不同种类的含硼动态共价键、无硼动态共价键以及不同种类的超分子作用之间由于动态性、稳定性、动态反应条件等的不同,能够在不同的外界条件下表现出具有差异性的动态反应活性和动态可逆性,从而使得动态聚合物可以在不同环境条件下体现出不同动态共价键和超分子作用的动态可逆效果。具体说来,无硼动态共价键通常在室温条件下并不体现出动态可逆性,动态聚合物体系中可以通过含硼动态共价键和超分子作用进行动态性调节;而对体系进行加热、光照、加入氧化还原剂、加入催化剂、加入引发剂、光照、辐射、微波、等离子体作用、调节pH之后,又能够使得无硼动态共价键在相应的条件下的动态性得以触发,而不同种类的无硼动态共价键之间,也对不同环境刺激具有不同的动态响应能力,例如,缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键对于pH值的变化感应灵敏,动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键一般需要在催化剂存在条件下进行动态平衡反应,利用反应条件的不同,可以使得一种作用发挥作用时,其他作用处于不被触发的状态,从而实现正交性调控。
本发明中所述的“协同性”,指的是不同种类的含硼动态共价键、无硼动态共价键以及不同种类的超分子作用能够在某些特定的外界条件下表现出具有互相配合,协同作用的动态反应活性和动态可逆性,从而使得动态聚合物可以在特定的环境条件下体现出比原先单一的作用更为优异的动态可逆效果。通过选择能够在加热、加入氧化还原剂、加入催化剂、光照、辐射、微波、等离子体作用、pH等同一外界刺激条件下具有动态性的动态共价键或超分子作用,使得当一种作用发挥效用之时,另外的一种或几种作用也能够在相应的环境条件下体现动态性,产生比两种作用线性叠加更大的协同效果。例如,动态连硫键、动态双硒键、基于可逆自由基的动态共价键、结合性可交换型酰基键、基于位阻效应诱导的动态共价键、可逆加成断裂链转移动态共价键、动态硅醚键、基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键、[2+2]环加成动态共价键、[2+4]环加成动态共价键、[4+4]环加成动态共价键、巯基-迈克尔加成动态共价键、基于三唑啉二酮- 吲哚的动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键、基于双氮杂卡宾的动态共价键、动态可交换型三烷基锍键对于温度的变化可以体现出不同的动态性,在加热作用下可协同发挥作用;缩醛类动态共价键、基于碳氮双键的动态共价键、六氢三嗪类动态共价键、胺烯-迈克尔加成动态共价键对于pH值的变化感应灵敏,可通过酸碱性的调节协同发挥作用;动态硅氧烷键、可发生烯烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳双键、可发生炔烃交叉易位复分解反应的不饱和碳碳叁键一般通过引入催化剂协同发挥作用;通过选用合适的反应条件和合适的动态作用,可以实现动态聚合物的协同性调控。
本发明充分利用了含硼动态共价键、无硼动态共价键以及超分子作用之间动态性差异,发挥出正交性和协同性效果,获得具有自修复、可回收、可重复使用特性的组合杂化动态聚合物,由于不同种类的含硼动态共价键、无硼动态共价键的强度和动态性不同,不同的超分子作用结构及其性能亦有所不同,在含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键的基础上,再加上非氢键型超分子作用,使得动态聚合物的强度、动态性、响应性等大范围可调;同时,通过选用不同种类的含硼动态共价键以及无硼动态共价键,能够使得动态聚合物对热量、光照、pH、氧化还原等刺激条件体现出不同的动态响应效果;此外,通过调控作为原料的化合物的分子结构、官能团数、分子量等参数,可制备出具有不同结构和表观特征、性能可调、用途广泛的动态聚合物,还可以方便地通过调控引入的动态共价键和超分子基元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组合杂化动态聚合物。
在本发明的实施方式中,用于连接动态共价键和/或超分子基元的连接基可以选自杂原子连接基、二价或多价小分子烃基、二价或多价聚合物链残基、二价或多价无机小分子链残基、二价或多价无机大分子链残基中的任一种或任几种。
对于用于连接动态共价键和/或超分子基元的连接基的拓扑结构并未作特别限定,其可以是直链型、支链型、多臂结构型、星型、H型、梳型、树枝型、单环型、多环型、螺环型、稠环型、桥环型、带环状结构的链型、二维和三维团簇型及其组合,连接基的拓扑结构优选为直链型、支链型、星型、梳型、树枝型、二维和三维团簇型,更优选为直链型、支链型。对于直链型、支链型结构的连接基,其分子链运动能垒低,分子链运动能力强,有利于加工成型,并能够使得聚合物体现出快速自修复性和灵敏的应力/应变响应能力,能够获得具有快速自修复、可回收重复使用特性以及良好的加工性能的动态聚合物。对于二维和三维团簇型结构的连接基,其拓扑结构较为稳定,能够为动态聚合物提供较为良好的力学性能、热稳定性、耐溶剂性及抗蠕变性。
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“在聚合物链的侧基和/或端基上含有动态共价键”中的“和/或”,其含义即是在聚合物链的侧基上含有动态共价键,或者在聚合物链的端基上含有动态共价键,或者同时在聚合物链的侧基和端基上含有动态共价键。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。
本发明的组合杂化动态聚合物中,含有至少一种含硼动态共价键、至少一种无硼动态共价键、至少一种特定超分子用以及可选的氢键作用,不同类型的含硼动态共价键、无硼动态共价键以及超分子作用的强度、结构、动态性、响应性和形成条件等各不相同,可以达到协同又正交的动态效果以及响应效果,使材料的结构和性能更具可调性。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、进行光照等),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。
在本发明的实施方式中,所述组合杂化动态聚合物的形态可以是溶液、乳液、膏、胶、普通固体、弹性体、凝胶(包括水凝胶、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)、泡沫材料等,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%。溶液、乳液、膏、胶、普通固体、弹性体、凝胶和泡沫材料各有特色和优势。溶液和乳液具有良好的流动性,在流体中可充分体现出剪切增稠效果,同时也可利用其具有的涂覆性来制备自修复涂层。膏通常是浓乳液,胶通常是浓溶液或低玻璃化转变温度的聚合物,其能够体现出良好的可塑性和可填充性。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。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,有利于提供良好的回弹性和韧性。凝胶则具有良好的柔软性,能够体现出较好的可变性和回弹性。泡沫材料则具有密度低、轻便的优点,还可以克服部分普通固体的脆性和凝胶机械强度偏低的问题,软泡材料还具有良好的弹性以及柔软舒适的特性。不同形态的材料可以在不同的领域具有合适的用途。
在本发明的实施方式中,组合杂化动态聚合物凝胶可以通过在溶胀剂(包括水、有机溶剂、齐聚物、增塑剂、离子液体中之一或其组合)中进行交联获得,也可以在动态聚合物制备完成后再利用溶胀剂进行溶胀获得。当然,本发明不仅限与此,本领域技术人员可以根据本发明的逻辑和脉络,合理有效地实现。
在动态聚合物泡沫材料的制备过程中,主要采用机械发泡法、物理发泡法、化学发泡法三种方法对动态聚合物进行发泡。
其中,所述的机械发泡法,是在动态聚合物的制备过程中借助强烈搅拌把大量空气或其他气体引入聚合物的乳液、悬浮液或溶液中使之成为均匀的泡沫体,然后经过物理或化学变化使之成型而成为泡沫材料。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,其包括但不仅限于以下方法:(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/发泡微球法,即在材料中加入中空微球后经复合而成为闭孔型泡沫聚合物;(5)填充可发泡颗粒法,即先混合填充可发泡颗粒,再在成型或混合过程中使可发泡颗粒发泡以获得发泡的聚合物材料;(6)冷冻干燥法,即将动态聚合物溶胀于易挥发的溶剂中冻结,然后在接近真空条件下以升华的方式逸出溶剂,由此得到多孔海绵状的泡沫材料。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。
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,其包括但不仅限于以下方法:(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;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;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。
对于本发明前文所述的用于激活/调整无硼动态共价键动态平衡反应所用的引发剂、催化剂、氧化还原剂,其可以直接分散在聚合物组分中进行使用,也可以以复合物的形式使用,例如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,以及和其他在动态反应条件下具有高流动性的组分一起包覆在微胶囊或微导管中使用等。当所选用的引发剂、催化剂、氧化还原剂单独使用时,需与聚合物组分和选择性存在的各类助剂填料中的各类基团相容。合理选择载体可以增强引发剂、催化剂、氧化还原剂或其复合物组分在聚合物组分中的分散性,减小团簇的粒径,从而提高反应效率、减少用量、降低成本。合理选择包覆材料还可以避免添加剂在组合物制备过程中或工作过程中失活。
本发明用于包覆引发剂、催化剂、氧化还原剂的有机载体没有特别限制,作为例子可选自石蜡、聚乙二醇等,将添加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,以石蜡为有机载体进行包覆的一种优选的制备方法为:将所选用的添加剂、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,得到石蜡包覆的复合物组分。
本发明对于通过物理吸附或化学反应在有机或无机载体上加载引发剂、催化剂、氧化还原剂的载体没有特别限制,作为例子可选自聚苯乙烯树脂颗粒、磁性纳米粒子、硅胶颗粒、分子筛、其他介孔材料等,将添加剂加载在有机或无机载体上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。
本发明还可以将引发剂、催化剂、氧化还原剂和其他可选择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,包括但不限于下列所举:天然高分子如阿拉伯胶、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,本发明选用通常的制备方法。
组合杂化动态聚合物在制备过程中,除了前文所提到的用于激活/调整无硼动态共价键动态平衡反应所用的引发剂、催化剂、氧化还原剂外,还可以加入或使用某些可添加/使用的溶剂、其他助剂/添加剂、填料来共同组成动态聚合物材料。
所述的可添加/使用的其他助剂/添加剂,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。所述的助剂选自以下任一种或任几种助剂:合成用助剂,包括催化剂;稳定化助剂,包括抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂;改善力学性能的助剂,包括增韧剂;提高加工性能的助剂,包括润滑剂、脱模剂;柔软化与轻质化的助剂,包括增塑剂、发泡剂、动态调节剂;改变表面性能的助剂,包括抗静电剂、乳化剂、分散剂;改变色光的助剂,包括着色剂、荧光增白剂、消光剂;难燃化与抑烟助剂,包括阻燃剂;其他助剂,包括成核剂、流变剂、增稠剂、流平剂。
所述的可添加/使用的填料,包括但不仅限于无机非金属填料、金属填料、有机填料、有机金属化合物填料。
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、二氧化硅、硅藻土、赤泥、硅灰石、硅铝炭黑、氢氧化铝、氢氧化镁、纳米二氧化硅、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、量子点(包括但不仅限于硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点)、上转换晶体颗粒(包括但不仅限于NaYF4:Er、CaF2:Er、Gd2(MoO4)3:Er、Y2O3:Er、Gd2O2S:Er、 BaY2F8:Er、LiNbO3:Er,Yb,Ln、Gd2O2:Er,Yb、Y3Al5O12:Er,Yb、TiO2:Er,Yb、YF3:Er,Yb、Lu2O3:Yb,Tm、 NaYF4:Er,Yb、LaCl3:Pr、NaGdF4:Yb,Tm@NaGdF4:Ln的核壳纳米结构、NaYF4:Yb,Tm、Y2BaZnO5:Yb,Ho、NaYF4:Yb,Er@NaYF4:Yb,Tm的核壳纳米结构、NaYF4:Yb,Tm@NaGdF4:Yb的核壳纳米结构)、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、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/或近红外光和/或电磁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、纳米Fe3O4,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。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,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。
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;②合成树脂填料;③合成橡胶填料;④合成纤维填料;⑤可发泡聚合物颗粒;⑥共轭高分子;⑦有机功能染料/颜料。具有包括紫外吸收、荧光、发光、光热等性能的有机填料对本发明具有重要意义,可以充分利用其性能获得多功能性。
所述的有机金属化合物填料,其中含有金属有机配合物成分,其中金属原子与碳原子直接相连成键(包括配位键和sigma键等),其可以是小分子或大分子,其可以是无定型或晶体结构。金属有机化合物往往优异的性能,包括紫外吸收、荧光、发光、磁性、催化性、光热、电磁热等性能。
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、粘土、炭黑、石墨烯、 (中空)玻璃微珠、纳米Fe3O4颗粒、纳米二氧化硅、量子点、上转换金属颗粒、发泡微球、可发泡颗粒、玻璃纤维、碳纤维、金属粉、纳米金属颗粒、合成橡胶、合成纤维、合成树脂、树脂微珠、有机金属化合物、具有光热性能的有机材料。所用的填料用量没有特别限定,一般为1-30wt%。在本发明的实施方式中,填料也可以选择性地通过改性再进行分散复合或直接连接入聚合物链,可以有效提高分散性、相容性和填充量等,特别是对于光热、电磁热等作用时具有重要意义。
在组合杂化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。
本发明中的组合杂化动态聚合物由于含有含硼动态共价键、无硼动态共价键、非氢键型超分子作用以及可选的氢键作用,能够体现出具有正交性的动态响应性以及多样的动态可逆效果,从而体现出独特的性能;通过合适的组分选择和配方设计,所得的聚合物材料可广泛应用于军事航天设备、功能涂层、生物医药、生物医用材料、自修复材料、建筑、能源、仿生等领域。
例如,通过利用含硼动态共价键、无硼动态共价键以及超分子作用的动态可逆性,可以制备出具有自修复功能的粘结剂,应用于各类材料的胶黏,例如作为电池/超级电容器电极粘结剂、隔膜起到减少电极的破损、增加电极材料寿命的作用;也可用于制备具有良好可塑性并且可以回收,具有重复使用性的聚合物封堵胶和密封塞、密封圈等各类密封件,广泛应用于电子电器、管道密封等方面;也可以应用于制备可自修复又抗撕裂的仪器设备或套件;基于含硼动态共价键、无硼动态共价键和超分子作用的动态可逆性,可以设计制备出具有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,可以制备具有自修复功能的聚合物垫片或聚合物板材,从而可以模仿生物体损伤愈合的原理,使得材料能够对内部或者外部损伤进行自愈合,消除了隐患,延长了材料的使用寿命,体现出仿生效果,并且其所具有的可回收特性和循环使用能力,也使得其在军工、航天、电子、仿生等领域表现出巨大的应用潜力。
再例如,通过组合杂化动态聚合物中含硼动态共价键、无硼动态共价键所具有的刺激响应性的差异,可以制备出具有不同刺激依赖性和动态响应效果的聚合物材料。例如,通过对不同动态共价键的选用,能够使得动态聚合物对热量、光照、pH、氧化还原等刺激条件体现出不同的响应效果,从而可应用于诸如热致响应型形状记忆材料、pH响应型凝胶、光致变色材料、药物控释系统等智能材料的制作,并且由于不同种类动态共价键的存在,使得聚合物材料往往能够体现出多重响应效果。
再例如,含硼动态共价键、无硼动态共价键和超分子作用的引入,使得聚合物材料在适宜条件下可体现出优异的韧性,从而可以获得韧性极佳的聚合物薄膜、纤维或者板材;通过聚合物内部的动态平衡反应,能够有效减少由内应力造成的材料内部缺陷,从而使得获得的聚合物材料性能更为良好;也可将聚合物材料应用于制作具有粘流性和高弹性转换的涂层材料应用于储能器件等,以及制作具有粘性-弹性魔幻转换效果的玩具和健身材料。
此外,本发明中的组合杂化动态聚合物还可根据其所体现出的性能应用于其他各类合适的领域,本领域技术人员可以根据实际需要,予以扩展和实施。
下面结合一些具体实施方式对本发明所述的动态聚合物材料做进一步描述。具体实施例为进一步详细说明本发明,非限定本发明的保护范围。
实施例1
以二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,控制4-氯-1-丁烯与二硒化钠的摩尔比为2:1,在氮气保护条件下于 22℃反应24h得到含双硒键的双烯化合物(a)。以5-己烯基硼酸、3-(烯丙氧基)-1,2-丙二醇为原料,以三乙胺为催化剂,在80℃条件下通过缩合反应制得二烯烃化合物(b)。将4-(4-碘-2,3,5,6-四氟苯氧)丁基-1-醇与4-戊烯酰氯在三乙胺的催化下反应,得到带有卤代苯基的含烯化合物(c)。以等摩尔量的丙烯酸-2-异氰酸乙酯和丙烯酸羟乙酯为原料,以三乙胺作为催化剂,在二氯甲烷溶剂中反应,制得链上含有氨基甲酸酯基的双烯烃化合物(d)。
以Pt(dvs)-二甲苯溶液作为催化剂,将1摩尔当量的二甲基端氢硅油(分子量约为3,000)与2.1摩尔当量的带有卤代苯基的含烯化合物(c)通过硅氢加成制得两端带有卤代苯基的硅油。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入50ml二甲基端氢硅油(分子量约为3,000),通氮气1h后,加入2.8g 二烯烃化合物(a),3.0g二烯烃化合物(b)、1.5g双烯烃化合物(d),2ml 1%Pt(dvs)-二甲苯溶液作为催化剂,加热到80℃,继续在氮气保护条件下反应24h,再加入15ml两端带有卤代苯基的硅油,制得硅油基动态聚合物流体,利用旋转粘度计对聚合物流体的表观粘度进行测试,其中,测试温度为25℃,剪切速率恒定为0.1s-1,测得聚合物流体的表观粘度为10,200mPa·s。可将此聚合物应用于易燃液体的防爆,在液体中增加该聚合物后,易燃液体在搅拌使用的过程中由于粘度增加,不易产生飞溅,从而增加了安全性。
实施例2
以乙烯基硼酸、粘度约为3,000mPa·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封端硅油。
以粘度约为2,000mPa·s的端胺基硅油为原料,在等摩尔当量催化剂原乙酸三乙酯存在下进行反应得到脒基封端硅油。
在干燥洁净的三口烧瓶中依次加入120ml的无水甲苯溶剂,加入0.02mol的硼酸封端硅油、0.02mol 季戊四醇、0.02mol脒基封端硅油、0.02mol 3-[(2-羧基乙基-二甲基-硅烷基)氧基-二甲基-硅烷基]丙酸,加入适量的三乙胺和四甲基氢氧化铵,在80℃条件下继续反应5h,得到浅黄色透明的粘稠样品,可将其作为自修复功能涂层涂覆于基材表面。
实施例3
将2-氨基乙基硬脂酸酯以及等摩尔当量催化剂原乙酸三乙酯在苯酚的存在下反应,得到单脒基硬脂酸酯。
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聚环氧乙烷;再将其与丙烯酸、3-巯基丙-1,2-丙二醇分别通过酯化反应、thiol-ene点击加成反应制得二醇化合物(a)。利用2-甲酰基苯硼酸、分子量约为1000的聚醚胺为原料,控制二者的摩尔比为2:1,将其溶解于甲苯溶剂,加入适量的硼氢化钠为还原剂,通过Petasis反应合成氨甲基苯硼酸封端聚醚胺。
在三口烧瓶中加入一定量的四氢呋喃溶剂,再加入0.02mol二醇化合物(a)、0.02mol氨甲基苯硼酸封端聚醚胺、0.01mol单脒基硬脂酸酯,搅拌溶解完全后,在氮气保护下于65℃回流反应6h,冷却到室温,可得到半透明状的粘稠样品,其在不同的剪切速率条件下能够体现出不同的粘度变化,可将其作为粘度调节剂进行使用。
实施例4
以2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基甲基丙烯酸酯、二十烷碳酰氯为原料,控制二者的摩尔比为1:1,制得丙烯酸酯单封端化合物。以羟基冠醚化合物(a)、丙烯酸为原料,通过酯化反应制得丙烯酸酯冠醚化合物(b)。以化合物(c)、二十烷碳酰氯为原料,控制二者的摩尔比为1:1,制得单端功能化化合物,再在三氟乙酸催化下脱去Boc保护基,再加入过量的六氟磷酸铵,得到客体基团单封端化合物。将1摩尔当量的乙烯基硼酸与2摩尔当量的2-(二十烷基氧基)乙醇以三乙胺为催化剂,在80℃条件下通过缩合反应制得乙烯基硼酸酯化合物。
在干燥洁净的三口烧瓶中依次加入50ml液体石蜡、30ml甲基含氢硅油(分子量约为3,000),通氮气除水除氧20min后,加入0.02mol丙烯酸酯冠醚化合物(b)、0.02mol丙烯酸酯单封端化合物、0.02mol乙烯基硼酸酯化合物、1ml 1%Pt(dvs)-THF溶液作为催化剂,在氮气保护条件下反应24h,然后加入0.02mol 客体基团单封端化合物继续反应6h,最终得到具有一定粘弹性的聚合物胶体。聚合物弹性体表面强度较低,具有良好的延展性和耐潮性。在本实施例中,可将制得的硅油聚合物涂覆于底材表面,作为具有自修复特性的涂层进行使用。
实施例5
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含有硼酸酯键的二巯基化合物(b)。将等摩尔量的七氟-2-萘酚与巯基乙酸在DCC和DMAP的催化下反应,得到巯基氟萘(c)。
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0.02mol二巯基化合物(b)、0.01mol 巯基氟萘(c)、0.01mol 3-苯基-1-丙烷硫醇、0.02mol三硫醇化合物(d)、3mmol 4-溴苯磺酸丁酯(e)混合均匀,再加入0.2wt%光引发剂DMPA,搅拌充分混合后放在紫外交联仪中紫外辐射4h,然后将反应物置于合适的模具中,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,最终得到粘弹性的动态聚合物薄膜。聚合物薄膜呈现出较为优良的综合性能,具有一定的拉伸强度和良好的抗撕裂性能,并可进行较大程度的拉伸。将聚合物薄膜剪断之后,将断面处置于50℃的模具中贴合2-4h之后,断面处的裂纹消失,样品重新成膜,具有自修复功能。此类动态聚合物可应用于制备功能薄膜,其耐刮擦并且可以进行回收和重复利用。
实施例6
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2-氨基乙基氨基硼酸与2-(4-氨基丁基)丙烷-1,3-二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在50℃, pH=8的条件下进行缩合反应得氨基化合物(a)。
称取25g接枝改性聚丙烯,20mg的BHT抗氧剂,加入到干燥洁净的三口烧瓶中,在氮气保护条件下加热到160℃进行搅拌熔融,然后加入2.0g二氨基化合物(a)、1.5g二硫代氨基甲酸N-氨基乙基-S-氨基乙基酯(b)、3.2g 8-羟基苯并[a]芘、2.6g乙基-(3-羟基丙基)-二甲基铵、0.2g对甲苯磺酸、2.0g增塑剂DOP、 0.25g二甲基硅油继续在氮气条件下反应3h。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,最终得到块状的聚丙烯基聚合物样品。聚合物样品表面具有光泽度,具有一定的强度和可压缩性,能在一定范围内进行拉伸。本实施例中的聚丙烯基动态聚合物材料可以作为一种可回收性材料,用于精密仪器或者电子产品的密封,在其表面出现裂纹或破损时,可以通过加热实现动态共价键和超分子作用的协同自修复。
实施例7
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。
将2摩尔量的1,1,1,3,3,3-六甲基二硅氮烷和2摩尔量的4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶加入到硝基甲烷溶液中,加热到50℃搅拌反应,再在氮气氛围下加入2摩尔量的乙酸钠和DMF制得中间产物,将反应液冷却到0℃,逐滴加入1摩尔量的二氯化二硫,继续搅拌反应15min后,倒入冷水中,收集产物溶解于正己烷中并用Na2SO4干燥,提纯后将产物溶解于甲醇溶剂中,加入适量的K2CO3,室温下搅拌反应4h,提纯后利用甲醇重结晶得到二羟基化合物(a)。
以等摩尔量的1-氨基乙基硼酸与多巴胺为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下通过缩合反应得二氨基化合物(b)。
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、1.5g二羟基化合物(a)、1.0g二氨基化合物(b)、1.2g 4-羟甲基-四硫富瓦烯、0.2g对甲苯磺酸、2.0mg BHT抗氧剂、2.0g有机膨润土、1.2g炭黑、0.35g纳米Fe3O4,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,得到三元乙丙橡胶导热动态聚合物材料。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,并且其可以在加热或光照条件下实现动态共价键和超分子作用的协同动态效果,从而体现出不同的延展性、自修复性以及导热能力。
实施例8
以溴化丁基橡胶、3-巯基-1-丙醇为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过硫醇- 烯烃click加成反应制得含有侧羟基的溴化丁基橡胶(a)。
在干燥洁净的反应瓶中量取200ml甲苯溶剂,加入15g含有侧羟基的溴化丁基橡胶(a),溶解搅拌完全后,加入0.91g硼酸,加入适量的三乙胺,搅拌混合均匀后,加热到60℃反应2h,然后通氮气除水除氧1h,加入2.68g对苯二甲醛和适量的对甲苯磺酸,搅拌混合后,在氮气保护条件下于65℃反应3h,然后加入1.8g2,7-二溴芘,0.09g钌基催化剂2,0.06g抗氧剂754在65℃条件下继续反应24h,然后将反应液倒入合适的模具中,置于80℃真空烘箱中反应干燥24h,最终制得具有良好回弹性的交联丁基橡胶,其可在外力作用下进行大范围的拉伸延展,在外力去除之后,又能进行弹性回复,用刀片将聚合物样品切断之后,置于50℃下加热3h,样品即可重新粘结进行拉伸,可将得到的聚合物材料作为具有自修复特性和形状记忆特性的聚合物材料使用。
实施例9
以甲基乙烯基二乙氧基硅烷、环戊二烯为原料,控制二者的摩尔比为1:1,以三氯化铝为催化剂,通过Diels-Alder反应制得硅烷改性的降冰片烯(a)。
将等摩尔当量的烯丙基羟乙基醚和(6-苯基-2,2'-双吡啶)-4-羧酸在DCC和DMAP的催化下反应,得到含配体的烯烃化合物,再取10摩尔当量的含配体的烯烃化合物加入到甲苯中,将反应容器冷却至5℃,低温下搅拌滴加13摩尔当量的环戊二烯,滴加完毕后升温到回流温度继续搅拌反应,得到降冰片烯类化合物(b)。
在干燥洁净的反应瓶中加入150ml的甲苯溶剂,再加入0.05mol降冰片烯、0.01mol硅烷改性的降冰片烯(a)、0.01mol降冰片烯化合物(b),以茂金属催化剂/甲基铝氧烷为催化体系,在70℃条件下通过加成聚合反应制得带有硅烷和配体侧基的聚降冰片烯。
在干燥洁净的反应瓶中加入200ml的邻二氯苯溶剂,再加入0.02mol硼砂、8mmol带有硅烷和配体侧基的聚降冰片烯,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,再加入适量的三乙胺,调节溶液的pH为7.5~8,搅拌混合10min后,再加入0.02molPtCl2(DMSO)2、6mol%2-甲基咪唑和5mol%醋酸铜,继续搅拌混合 15min,然后加热到80℃搅拌反应3h,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,减压干燥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,可得到具有一定柔韧性和形状记忆功能的聚合物材料,施加应力对其进行折叠,去除应力后加热后材料可恢复原状,在其表面出现裂纹时,可以通过加热实现材料的自修复。
实施例10
以4-巯甲基苯硼酸与γ-巯丙基二甲基甲氧基硅烷为原料,控制二者的摩尔比为1:2,在60℃条件下通过缩合反应得三巯基化合物(a)。
在氮气保护下,将2摩尔当量对羟基苯甲酸甲酯溶于四氢呋喃,加入催化剂三乙胺后混合均匀。在0 至5℃滴入含有1摩尔当量对苯二甲酰氯的四氢呋喃溶液,保持并反应10h后,得到液晶化合物(b)。
在无水抽真空90℃条件下,将氧化柠檬烯和催化剂(c)溶于甲苯,保持氧化柠檬烯和催化剂的摩尔比为 50:1,向反应容器中通入10bar二氧化碳,反应完全后,将粗产物用甲醇沉淀得到聚柠檬烯碳酸酯链段。将所得聚柠檬烯碳酸酯链段和1,3-丙二醇溶于甲苯,加入催化剂1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯,在80℃下反应3h,得到平均分子量约为2,000两端以羟基封端的聚柠檬烯碳酸酯(d)。在氮气保护下,将1摩尔当量羟基封端的聚柠檬烯碳酸酯(d)和1.1摩尔当量的液晶化合物(b)共混进行酯交换反应并蒸馏出甲醇,待反应完全后得到液晶-聚柠檬烯碳酸酯多段式聚合物。
将4-巯基丁酸与等摩尔当量的4-羟甲基-四硫富瓦烯共混,在DCC和DMAP的催化下反应,得到巯基功能化的四硫富瓦烯。将含有10摩尔当量侧烯基的液晶-聚柠檬烯碳酸酯多段式聚合物与3摩尔当量的巯基功能化的四硫富瓦烯、1摩尔当量三巯基化合物(c)、1摩尔当量3-巯基吲哚溶于四氢呋喃充分共混,在光引发剂BDK的存在下和紫外灯的照射下反应,再加入1摩尔当量三唑啉二酮化合物(e)、适量BHT抗氧剂,在氮气氛围中在冰浴条件下反应4h,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柠檬烯碳酸酯样品,用刀片在其表面划痕之后,将样品置于110℃真空烘箱中放置 4-5h划痕可自修复,可将其制成具有自修复性能的仪表板或可回收性容器瓶使用。
实施例11
以等摩尔量的2-氨基乙基氨基硼酸与多巴胺为原料,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(a)。以1,6-己二异氰酸脂、呋喃甲醇为原料,二氯甲烷为溶剂,辛酸亚锡为催化剂,控制二者的摩尔比为1:2,在氮气保护条件下室温反应2h,回流反应2h,制得二呋喃化合物(b)。
称取0.02mol分子量约为2,000的聚丁二烯环氧树脂(c)加入到三口烧瓶中,升温到80℃,通氮气1h 后,加入适量的三乙胺,在搅拌状态下缓慢加入0.02mol端氨基化合物(a)、0.04mol 8-羟基苯并[a]芘、0.02 mol乙基-(3-羟基丙基)-二甲基铵,继续搅拌反应1h,然后加入0.05mol N-(2-氨基乙基)马来酰亚胺继续加热反应2h,然后加入0.05mol二呋喃化合物(b)混合搅拌1h,将聚合物样品置于合适的模具中,置于真空烘箱中干燥24h,然后冷却至室温,最终可得到具有韧性和高延伸率的环氧树脂弹性体,其具有良好的电绝缘性、耐候性以及冲击韧性,并且可以在不同的加热条件下实现聚合物样品的自修复和回收重复利用,在本实施例中,可将得到的环氧聚合物材料作为具有自修复性和绝缘性的填充材料应用于电子电器领域。
实施例12
将0.028g辛酸亚锡溶解在0.5ml甲苯溶剂中,倒入反应瓶,加入50g丙交酯,1.9g季戊四醇,混合均匀后加热到160℃反应3h,将产物溶解于二氯甲烷中,利用乙醇沉淀,重复洗涤10次后在氮气氛围下干燥24h,得羟基封端的四臂聚丙交酯。以1摩尔当量三氟化硼乙醚为引发剂,环氧氯丙烷为促进剂,引发四氢呋喃和2-(四氢呋喃-3-基)乙腈的开环共聚合,以水为终止剂,得到含有侧腈基的羟基封端聚四氢呋喃。
在反应瓶中称取100ml二氯甲烷溶剂,再加入0.8mol羟基封端的四臂聚丙交酯、0.2mol硼酸钠,滴加入少量的乙酸水溶液后,加热到60℃搅拌反应2h,再加入0.2mol含有侧腈基的羟基封端聚四氢呋喃、 1.5mol二苯甲烷二异氰酸酯、0.35wt%三(壬基苯基)亚磷酸酯、0.02mol辛酸亚锡催化剂,溶解搅拌完全后,加入5wt%钛合金粉末、5wt%陶瓷粉、10wt%硫酸钙,继续在60℃条件下反应1h,将聚合物溶液倒入到合适的模具中,置于60℃真空烘箱中24h进行干燥和进一步的反应,之后冷却到室温放置30min,最终得到乳白色,具有光泽度的半透明聚合物固体样品。在本实施例中,可将制得的聚合物样品作为一种具有自修复功能的仿生骨骼填充材料,其能在60℃条件下实现对表面裂纹的自修复,在140℃条件下实现对断面的自修复。
实施例13
以等摩尔量的2-氨基乙基氨基硼酸与多巴胺为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下进行缩合反应得氨基化合物(a)。以化合物(b)和N-(2-羟乙基)马来酰亚胺为原料,将其溶解在甲苯溶剂中,加热到80℃条件下搅拌反应24h制得二羟基化合物(c)。
将等摩尔量的甲苯-2,4,6-三基三异氰酸酯与4-羟甲基-四硫富瓦烯反应制得四硫富瓦烯改性二异氰酸酯。
在干燥洁净的反应瓶中加入0.02mol分子量约为1,000的聚碳酸酯二醇、0.01mol氨基化合物(a)、0.01 mol二羟基化合物(c)、2mmol碳酸二苯基酯、1mmol醋酸锌,滴加入少量的三乙胺混合均匀后,再加入0.03mol六亚甲基二异氰酸酯三聚体、0.02mol四硫富瓦烯改性二异氰酸酯,在氮气气氛中反应3h,反应结束后,最终可得到具有一定粘度的聚合物胶体,可将其作为一种带有自修复效果的粘结剂,作为储能器件如电池、超级电容器等的电极的粘结剂使用,其在不同的温度以及光照条件下能够体现出不同的自修复能力。
实施例14
以等摩尔量的2-氨基乙基氨基硼酸与1,6-二氨基己烷-3,4-二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在50℃,pH=8 的条件下进行缩合反应得多氨基化合物(a)。
取1摩尔当量的甲苯-2,4,6-三基三异氰酸酯加入到三口烧瓶中,在120℃下真空脱水2h,加入DMF 溶解并稀释,通氩气保护,然后加入1摩尔当量的6-羟基香豆素和少量的丁基二月桂酸锡乙酯溶液加热到 70℃反应3h后制得香豆素基二异氰酸酯。取1摩尔当量的甲苯-2,4,6-三基三异氰酸酯加入到三口烧瓶中,在120℃下真空脱水2h,加入DMF溶解并稀释,通氩气保护,然后加入1摩尔当量的化合物(b)和少量的丁基二月桂酸锡乙酯溶液加热到70℃反应3h后制得含金属钯配体的二异氰酸酯。
在干燥洁净的烧瓶中加入200mlTHF溶剂,抽真空除水1h,然后加入5g聚乙二醇400,3g多氨基化合物(a),1.8gN,N-二羟基-4-吡啶胺,混合搅拌均匀后,加入6.3g香豆素基二异氰酸酯,8.3g含金属钯配体的二异氰酸酯,加热到60℃在氮气气氛中反应3h,然后加入3.0g微球发泡剂,0.04g二乙醇胺,0.25 g辛酸亚锡,2.0g膨胀石墨,2.0g聚磷酸铵,快速搅拌30s混合均匀后,然后将反应物倒入到合适的模具中,置于80℃真空烘箱中继续反应12h,之后冷却到室温放置30min,再经350nm紫外光照射固化2h,再利用平板硫化机进行发泡成型,其中,模压温度为140-150℃,模压时间为10-15min,压力为10MPa,最终得到聚氨酯泡沫材料。在本实施例中,可将得到的聚氨酯泡沫材料作为具有阻燃效果的建筑板材使用,其可在加热或特定频率的光照条件下实现材料的自修复。
实施例15
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,将巯甲基甲基二氯硅烷与端胺基1,3-聚丁二烯通过thiol-ene点击反应制得硅烷接枝改性聚丁二烯。以DMPA作为光引发剂,紫外光为光源,将3-巯基-1,2,4-三氮唑与端胺基1,3-聚丁二烯通过thiol-ene点击反应制得氮唑接枝改性聚丁二烯。以DMPA作为光引发剂,紫外光为光源,将12-巯基十二烷基磷酸与端胺基1,3-聚丁二烯通过thiol-ene点击反应制得磷酸接枝改性聚丁二烯。
取4mmol硅烷接枝改性聚丁二烯溶解在200ml的二甲苯溶剂中,加入适量的乙酸水溶液搅拌混合10 min后,加入4mmol苯硼酸接枝改性聚丁二烯搅拌混合均匀后,加热到80℃混合反应2h,再加入3mmol 氮唑接枝改性聚丁二烯,3mmol磷酸接枝改性聚丁二烯反应30min,加入0.02mol1,2-二(4-苯基异氰酸酯)二硫迅速混合,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脲泡沫材料。制得的聚脲泡沫材料绝热效果好、重量轻、比强度大,可将其广泛用于制作冰箱、冰柜的箱体绝热材料,并且可以在加热条件下进行不同程度的自修复。
实施例16
以等摩尔量的2-氨基乙基氨基硼酸与2-氨基-1,3-丙烷二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在50℃,pH=8 的条件下进行缩合反应得氨基化合物(a)。以1,6-己二异氰酸脂、呋喃甲醇为原料,二氯甲烷为溶剂,辛酸亚锡为催化剂,控制二者的摩尔比为1:2,在氮气保护条件下室温反应2h,回流反应2h,制得二呋喃化合物(b)。将1摩尔当量的庚二酰氯和2摩尔当量的化合物(c)反应后,在三氟乙酸催化下脱去Boc保护基,再加入过量的六氟磷酸铵,得到两端为铵基客体基团的化合物。
在干燥洁净的烧瓶中称取5mmol的聚醚胺D2000、5mmol氨基化合物(a)、2mmol二羟基冠醚(d)、 4mmolN-(2,3-二羟基丙基)马来酰亚胺,加热到100℃通氮气除水除氧1h,然后加入0.02mol二苯基甲烷二异氰酸酯,在80℃氮气保护条件下反应2h,然后降温到60℃,加入适量的三乙胺、0.5wt%辛酸亚锡,继续反应4h,然后加入4mmol二呋喃化合物(b)、2mmol两端为铵基客体基团的化合物、5wt%植物纤维、5wt%硫酸钡、5wt%滑石粉继续反应1h,反应结束后,将聚合物样品置于合适的模具中,置于真空烘箱中干燥24h,然后冷却至室温,最终得到具有高弹性的聚氨酯基弹性体,将其制成 80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为6.35±1.41MPa,拉伸模量为12.50±2.21MPa,断裂伸长率为755±154%。相比于传统的聚氨酯材料,本实施例中的聚氨酯材料由于存在两种不同类型的动态共价键和超分子作用,基于其在不同温度条件下动态性的不同,能够在常温和加热条件下体现出不同的拉伸效果以及自修复能力,体现正交性。
实施例17
以次氯酸叔丁酯为氧化剂,将脲唑化合物(a)的脲唑基氧化为三唑啉二酮基,再将其与吲哚-5-甲醇反应,得到三唑啉二酮-吲哚化合物(b)。以三乙胺为催化剂,以等摩尔量的[(1E)-6-羟基-1-己烯-1-基]硼酸与3-(2- 羟基乙氧基)丙烷-1,2-二醇在50℃条件下进行缩合反应制得硼酸酯化合物(c)。将聚氧化丙烯三醇利用甲苯二异氰酸酯封端制得异氰酸酯封端聚醚。
将1摩尔当量的三苯基甲烷三异氰酸酯与等摩尔量的七氟-2-萘酚反应制得含萘酚的异氰酸酯;将1摩尔当量的三苯基甲烷三异氰酸酯与等摩尔量的苯甲醇反应制得含苯甲醇的异氰酸酯。
在干燥洁净的反应瓶中量取200ml二氯甲烷溶剂,加入12g异氰酸酯封端聚醚搅拌溶解后,再加入 2.8g三唑啉二酮-吲哚化合物(b)、1.2g硼酸酯化合物(c)、2.5g含萘酚的异氰酸酯、1.8g含苯甲醇的异氰酸酯,搅拌混合10min后,加热到60℃反应30min,再加入5wt%镓铟液态合金、0.2g滑石粉、0.1g二月桂酸二丁基锡混合均匀,然后将反应液倒入合适的模具中,置于80℃真空烘箱中反应干燥24h,冷却到室温,最终得到具有良好粘弹性的聚合物样品,其强度较低,但具有较大的粘性及良好的延展性。在本实施例中,可将聚合物作为具有导热功能多的电子封装材料或胶黏剂使用,在使用的过程中,可对其进行回收重复利用,聚合物样品具有较长的使用寿命。
实施例18
在反应瓶中加入15g2,4-二叔丁基苯酚、10g4-羟基扁桃酸、30ml乙酸,加热到95℃混合均匀后,加入0.09ml甲磺酸,继续反应3h,过夜冷却后过滤提纯得中间产物1,再将其溶解于NaOH水溶液中,在氮气保护下加热到80℃,加入适量的3-氯-1,2-丙二醇,继续反应3h,然后冷却到室温,加入盐酸水溶液,升温到80℃继续反应1h,提纯后得中间产物2,将其与过氧化二叔丁基、苯混合均匀,在30℃下紫外光照射90min,提纯后得化合物(a)。以等摩尔量的2-氨甲基苯硼酸与2-(4-氨基丁基)丙烷-1,3-二醇为原料,四氢呋喃为溶剂,在60℃条件下进行缩合反应得端氨基化合物(b)。
在干燥洁净的烧瓶中称取30g的聚乙二醇400作为扩链剂,加热到100℃通氮气除水除氧1h,然后加入15g1,6-己二异氰酸酯,在80℃氮气保护条件下反应2h,然后降温到60℃,加入6.5g化合物(a)、 2.5g端氨基化合物(b)、5.0g1,4-二溴-2,3-丁二醇、1.5g三乙胺、12g丙酮、0.15g辛酸亚锡,回流反应2 h,然后再加入1.5g碳酸钙、1.5g硫酸钡、1.0g滑石粉超声20min,反应结束后,真空除去丙酮,冷却至室温,最终得到聚氨酯基弹性体,在其表面出现破损时,将其加热到80℃放置1-2h,破损处即可重新粘合,可将材料作为具有良好自修复效果的聚氨酯密封胶进行使用。
实施例19
将6-溴-1-己烯与过量的叠氮化钠反应,得到6-叠氮基-1-己烯;将1摩尔当量丙烯酸炔丙酯和1摩尔当量6-叠氮基-1-己烯在环己酮中于90℃下反应3h,得到二烯烃化合物(a)。以5-己烯基硼酸、4-烯丙基儿茶酚为原料,以三乙胺为催化剂,在80℃条件下通过缩合反应制得二烯烃化合物(b)。将4-(4-碘-2,3,5,6- 四氟苯氧)丁基-1-醇与4-戊烯酰氯在三乙胺的催化下反应,得到带有卤代苯基的含烯化合物(c)。将等摩尔当量的4-戊烯酰氯和6-羟甲基喹啉在三乙胺的催化下反应得到一端为烯基的喹啉化合物(d)。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入50ml甲基含氢硅油(分子量约为20,000),通氮气1h后,加入6.0g 二烯烃化合物(a),3.7g二烯烃化合物(b),2.8g4-甲基-4-戊烯酸,1gZnCl2,3g1,11-二溴十一烷,2ml1% Pt(dvs)-二甲苯溶液作为催化剂,加热到80℃,继续在氮气保护条件下反应24h,最终得到动态聚合物胶体,其表面柔软、韧性好,能够在外界应力下进行缓慢地拉伸延展,拉断后的样品可进行重新贴合,可将其制作成具有粘性-弹性魔幻转换效果的玩具。
实施例20
将4-巯基丁酸与等摩尔当量的配体化合物(a)共混,在DCC和DMAP的催化下反应,得到巯基改性配体化合物。
以分子量约为3,000的羟基封端的甲基乙烯基硅油、3-巯基-1-丙醇、巯基改性配体化合物为原料,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点击反应制得含有侧羟基和配体基团的改性硅油。
在干燥洁净的三口烧瓶中依次加入50ml液体石蜡、20ml含有侧羟基和配体基团的改性硅油,0.03mol 硼酸三(三甲硅烷基)酯,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,再加入适量的三乙胺、0.12mol硅氧烷化合物(b)、0.02mol氯化锌加热到80℃反应4h,之后加入冷却到室温放置30min,最终得到具有一定粘弹性的聚合物胶体。聚合物弹性体表面强度较低,具有良好的延展性和耐潮性。将聚合物样品拉断后,在断面处略微施加应力,样品可自行粘结,体现出良好的自修复效果。可将得到的聚合物胶体作为一种可回收性电子灌封材料使用。
实施例21
以乙烯基硼酸、季戊四醇四巯基乙酸酯为原料,控制二者的摩尔比为4:1,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,通过硫醇-烯烃click加成反应制得四硼酸化合物。
以丙三醇、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的三臂聚环氧乙烷,再将其与等摩尔量的丙烯酸通过酯化反应得三臂聚环氧乙烷三丙烯酸酯,再将其分别与等摩尔量的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乙烷。
在干燥洁净的反应瓶中加入50质量份离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、10质量份聚醚多元醇 ED-28、2质量份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、1.6质量份环氧乙烷羧酸钾、0.05质量份三氟化硼乙醚,升温至100℃,反应4h后,再加入8质量份1,2-二醇封端的三臂聚环氧乙烷,1.5质量份四硼酸化合物,加入适量的三乙胺搅拌混合均匀后,加热到80℃反应4h,再加入5质量份表面修饰的Fe3O4粒子、5质量份金属磁粉和1质量份皂土,超声1min,使金属粒子在其中分散均匀,然后继续反应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,得到的聚合物磁性凝胶可作为具有磁场响应性的智能凝胶材料使用。
实施例22
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。以粘度约为2,000mPa·s的端胺基硅油为原料,在等摩尔当量催化剂原乙酸三乙酯存在下进行反应得到脒基封端硅油。
将过氧化二苯甲酰置于烧瓶中高真空干燥15min,然后将其与八甲基环四硅氧烷混合均匀,加热到 120℃反应2h,用中性活性铝筛过滤溶液,并干燥得二聚环四硅氧烷(a)。
以4-羟基苯乙烯、甲醛为原料,将其与六水合硝酸锌回流24h合成2-(羟甲基)-4-乙烯基苯酚,再以甲醇为溶剂,以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,将其与季戊四醇四巯基乙酸酯通过硫醇-烯烃click 加成反应制得多元醇化合物(b)。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入120ml的无水甲苯溶剂,加入0.02mol八甲基环四硅氧烷、2mmol二聚环四硅氧烷(a),加热至110℃,在搅拌状态下快速加入适量四甲基氢氧化铵,继续反应4h,制得第一网络。再在烧瓶中加入0.01mol的多元醇化合物(b),适量的三乙胺,搅拌混合10min后,加入0.02mol的硼酸改性硅油、0.02mol脒基封端硅油、0.02mol3-[(2-羧基乙基-二甲基-硅烷基)氧基-二甲基-硅烷基]丙酸,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,最终得到具有一定粘性的交联聚硅氧烷材料,可将其用于制备具有良好可塑性并且可以回收重复使用的聚合物封堵胶,其在室温或略微加热的条件下即可实现表面的自修复。
实施例23
取10g的9-蒽甲醇溶解在100ml的吡啶溶剂中,在惰性氛围下在冰浴中冷却,然后加入50ml十一- 碳烯酰氯,在室温条件下搅拌过夜后,制得蒽衍生物(a);以分子量约为60,000的甲基巯基硅油、蒽衍生物 (a)、乙烯基硼酸为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过thiol-ene点击反应制得接枝甲基巯基硅油(b)。
取12g的[4-(2,2',6',2”-三联吡啶-4'-基)苯基]甲醇溶解在100ml的吡啶溶剂中,在惰性氛围下在冰浴中冷却,然后加入50ml十一-碳烯酰氯,在室温条件下搅拌过夜后,制得吡啶配体化合物。以分子量约为 60,000的甲基巯基硅油、吡啶配体化合物、乙烯基硼酸二甲酯为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过thiol-ene点击反应制得接枝甲基硅油(c)。
在三口烧瓶中加入60ml接枝甲基巯基硅油(b),升温到80℃搅拌均匀后,加入0.01wt%BHT抗氧剂、少量的无水硫酸钠,加热到80℃反应1h,然后加入30ml接枝甲基硅油(c),继续搅拌混合1h,然后加入 0.5g三氟甲磺酸锌混合搅拌1h后,将聚合物倒入到合适的模具中,在氮气氛围下利用365nm紫外光照射30min,最终得到表面柔软并具有一定粘性的聚合物样品。聚合物材料表面强度较低,在外力作用下,材料较易延展,并体现出良好的拉伸韧性,能够进行较大程度的拉伸而不断裂。在其表面出现缺陷时,置于60℃真空烘箱中加热2-4h,缺陷消失。在本实施例中,动态聚合物材料中的动态共价键和超分子作用可以在室温或者紫外光照射条件下产生不同的动态响应效果,可将其作为带有自修复特性的超级热熔胶或室温自粘性材料使用,也可用于作为速度锁定器的介质而用于桥梁和道路建设。
实施例24
以三乙胺为催化剂,以等摩尔量的[(1E)-6-羟基-1-己烯-1-基]硼酸与3-(2-羟基乙氧基)丙烷-1,2-二醇在 50℃条件下进行缩合反应制得硼酸酯化合物(a)。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入一定量的二氯甲烷溶剂,加入0.05mol4-乙烯基吡啶、2mmol硝酸银和 1mmol2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦,搅拌混合均匀后,在300W紫外光下照射20min进行光聚合,然后加入0.01mol硼酸酯化合物(a)、0.01mol丁炔二醇、0.04mol丁炔二酸、0.01mol分子量约为3,000 的聚氧化丙烯三醇、0.04mol二环己基碳二亚胺缩合剂、4mmol催化剂4-二甲氨基吡啶,搅拌混合均匀后,在回流条件下反应4h,然后加入钌基催化剂10,继续反应2h。反应结束后,常压滤去生成的双环己基脲,再通过减压干燥脱去溶剂得到残余物,将其提纯后得到胶状的动态聚合物固体。得到的动态聚合物表面柔软,具有一定的粘弹性,可将聚合物样品制成密封胶或可回收性弹性件进行使用,其能够体现出良好的韧性和弹性,并且可依据需要压制成不同形状尺寸的产品,破损或不再需要的样品可进行回收,制成新的产品使用。
实施例25
将等摩尔量的金刚烷-1-甲酸乙酯和甲基丙烯酸羟乙酯进行酯交换反应,得到含有金刚烷的甲基丙烯酸酯单体,再以过硫酸钾为引发剂,1,2-丙烷二醇单-2-丙烯酸酯、含有金刚烷的甲基丙烯酸酯单体、丙烯酸甲酯为原料,通过乳液聚合得到共聚改性丙烯酸酯(a)。将β-环糊精与甲苯-2,4,6-三基三异氰酸酯反应制得β-环糊精多聚体。
在三口烧瓶中加入18g共聚改性丙烯酸酯(a),100ml1,4-二氧六环溶剂,加热到50℃进行搅拌溶解后,再加入2g硼酸,8.2gβ-环糊精多聚体,再加入适量的三乙胺,加热到100℃反应3h,然后降温到30℃,加入3.2g分子量约为500的聚己内酯二醇、1.8gN,N-二(2-羟基乙基)肉桂酰胺混合均匀后,在氮气保护条件下加热到80℃,加入1.8g六亚甲基二异氰酸酯,继续搅拌反应3h,反应结束后,通过减压干燥脱去溶剂得到白色残余物,将其提纯后置于合适的模具中,置于280nm的紫外光下照射30min,得到杂化交联动态聚合物。可将制得的动态聚合物制作成具有优良粘附性、耐擦洗性和自修复性的乳胶膜,其可以在加热或不同频率的紫外光照射条件下实现自修复,具有环境响应性。
实施例26
以AIBN为引发剂,将2,3-二羟基丙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯与巯甲基甲基丙烯酸酯通过自由基聚合得到丙烯酸酯共聚物(a)。
用等摩尔量的4-羟基-2,6-双(1-甲基苯并咪唑-2-基)吡啶和丙烯酰氯反应制得丙烯酸酯-2,6-双(1-甲基苯并咪唑-2-基)吡啶。
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0.02mol硼酸钠,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,再加入3mmol的丙烯酸酯共聚物(a),加热到80℃反应2h,然后通氮气除水除氧 1h,加入适量的三乙胺和二氧化锰氧化剂,继续搅拌反应3h后,加入0.02mol丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.02mol烯丙基磺酸钠、0.02mol丙烯酸酯-2,6-双(1-甲基苯并咪唑-2-基)吡啶和0.2mol丙烯酸乙酯,并加入0.04mol脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐和1mmol过硫酸钾,搅拌混合均匀,在乳化器中进行预乳化,然后升温至80℃继续反应4h,然后将产物冷却到40℃以下,用碳酸氢钠调节产物pH至8~9,制得改性丙烯酸酯乳液。另取一个反应瓶,加入31质量份水、2质量份椰子油二乙醇酰胺、1质量份十二烷基苯磺酸钠、0.3质量份防霉剂Z、1质量份消泡剂,搅拌10min后,加入5质量份钛白粉、3质量份立德粉、11 质量份轻质碳酸钙、1质量份光稳定剂770,高速分散30min后,加入5质量份改性丙烯酸酯乳液,搅拌均匀并用水调节粘度,即制得一种动态聚合物乳液。该乳液可以作为具有自修复特性的功能涂层进行使用。
实施例27
将定量的二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧化丙烯二醇PPG-700反应制成异氰酸酯封端聚醚。
在干燥洁净的反应瓶中加入0.04mol分子量约为3,000的乙二胺聚醚四醇,加热到80℃真空脱水2h, 0.04mol1,4-苯二硼酸,加入适量的三乙胺搅拌混合均匀后,加热到80℃反应5h,形成第一网络;另取一个烧瓶,加入200mlTHF溶剂,抽真空除水1h,然后加入0.01mol双氮杂卡宾化合物(a),0.02mol1,4- 二溴-2,3-丁二醇,0.04mol异氰酸酯封端聚醚,加热到60℃在氮气气氛中反应3h,然后加入15g第一网络聚合物,10wt%碳纳米管,通氮气保护,继续反应2h,得到导电聚氨酯基动态聚合物弹性体,其具有良好的回弹性,聚合物中的双网络结构可在外力作用下体现出协同的延展效果,在其表面出现裂纹时,将材料置于加热条件下则可达到实现裂纹的自修复。
实施例28
以DMPA作为光引发剂,紫外光为光源,将3-巯基-1-丙醇与端胺基1,3-聚丁二烯通过thiol-ene点击反应制得羟基接枝改性聚丁二烯。以DMPA作为光引发剂,紫外光为光源,将3-巯基丙酸与1,3-聚丁二烯通过thiol-ene点击反应制得羧基接枝改性聚丁二烯。以DMPA作为光引发剂,紫外光为光源,将巯基乙胺与1,3-聚丁二烯通过thiol-ene点击反应制得氨基接枝改性聚丁二烯。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入200ml的二甲苯溶剂,在其中加入0.5g硼酸三叔丁酯,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,再加入适量的三乙胺,调节溶液的pH为7.5~8,搅拌混合10min后,加入9.5 g羟基接枝改性聚丁二烯,加热到80℃进行混合反应4h,再加入13.5g1,2-二(4-苯基异氰酸酯)二硫迅速混合混合反应30min形成第一网络,然后加入6.5g羧基接枝改性聚丁二烯、5.8g氨基接枝改性聚丁二烯,再加入5wt%镓铟液态合金、2wt%滑石粉、0.4wt%二月桂酸二丁基锡搅拌混合均匀后,将其倒入合适的模具中,置于80℃真空烘箱中12h进行进一步反应,反应结束后,可得到具有良好回弹性的动态聚合物弹性体,可将其作为一种导热垫片,用于精密仪器或电子产品的散热。
实施例29
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)。
将2摩尔当量1,4,5,8-萘四甲酸酐溶于KOH水溶液,再加入1摩尔当量2,2′-(乙烯二氧)双(乙胺)并搅拌 20min,再加入磷酸将pH值调整至6.3,于110℃反应24h,得到双萘四碳二酰亚胺化合物。在惰性气体保护下,将5摩尔当量双萘四碳二酰亚胺化合物、6摩尔当量氨基双封端聚异丁烯在DMSO和甲苯的混合溶液中回流反应20h,得到含有萘四碳二酰亚胺基的氨基双封端聚异丁烯。将2摩尔当量1-芘丁酸和1摩尔当量氨基双封端的聚异丁烯在缩合剂2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉存在下进行酰化反应,得到芘基双封端聚异丁烯。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入一定量的甲苯溶剂,加入4mmol含有萘四碳二酰亚胺基的氨基双封端聚异丁烯、4mmol芘基双封端聚异丁烯混合均匀,再在其中加入0.03mol的三氧化二硼,滴加入适量的乙酸水溶液水解30min后,再加入适量的三乙胺,调节溶液的pH为7.5~8,搅拌混合10min后,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2h;再加入0.02mol改性聚倍半硅氧烷(a)、5mmol1,6-己二硫醇、5mmol乙二醇二丙烯酸酯、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,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,得到橡胶态的聚合物样品。在本实施例中,动态交联的聚合物材料具有良好的可延展性以及自修复性能,可在加热或者光照条件下利用动态共价键和超分子作用动态性的不同,起到协同和正交调控能力,体现出不同程度的自修复效果和拉伸韧性,可将其作为一种功能性密封胶或封堵胶进行使用。
实施例30
称取3g对苯二甲醛溶解在50ml无水乙醇中,加入8.9g丙二酸二乙酯、0.2g哌啶、0.2g乙酸,在氩气氛围下回流反应12h,然后降温提纯得到化合物(a)。
以Zr-FI催化剂催化乙烯聚合生成乙烯基封端的聚乙烯,再将其与4-巯基苯硼酸通过硫醇-烯烃click 加成反应制得有机硼酸化合物(b)。
在干燥洁净的反应瓶中加入一定量的氯仿溶剂,加入0.05mol4-乙烯基吡啶、2mmol硝酸银和1mmol 2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦,搅拌混合均匀后,在300W紫外光下照射20min进行光聚合,再加入0.03mol四硼酸、8mmol有机硼酸化合物(b),加入适量的氯化钙脱水剂,加热到80℃搅拌反应5h,然后在反应瓶中再加入0.02mol化合物(a)、0.03mol三亚乙基四胺搅拌均匀,冷却到室温放置6h,再加热到50℃条件放置10h,最终得到交联聚合物薄膜。得到的聚合物薄膜质地较软,具有一定的强度和韧性,可在一定范围内进行延展,并具有一定的抗撕裂性能。样品拉断之后回收,将其置于50℃的模具中贴合 2-4h之后,可重新成膜,进行重复使用,利用其性质可将其作为一种可回收性包装膜使用。
实施例31
以化合物(a)、化合物(b)和苯乙烯为原料,二硫代苯甲酸枯酯为链转移剂,在110℃条件下进行RAFT 共聚制得含硼烷、磷烷侧基的聚苯乙烯。以AIBN为引发剂,利用苯乙烯和4-乙烯基吡啶通过自由基共聚制得苯乙烯-吡啶共聚物。
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 AIBN为引发剂,利用苯乙烯和3-丙烯酰胺基多巴胺通过自由基共聚制得多巴胺-苯乙烯共聚物。
在干燥洁净的反应瓶中加入一定量的甲苯溶剂,通氩气除水除氧1h后,加入8mmol苯乙烯-吡啶共聚物、0.01mol苯基硒溴代物(c),搅拌混合1h,形成第一网络;另取一个反应瓶,加入150ml甲苯溶剂,在其中加入8mmol多巴胺-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2h,然后加入8mmol第一网络聚合物、5mmol 含硼烷、磷烷侧基的聚苯乙烯、0.02mol偶氮二甲酸二乙酯,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,但韧性较为一般,用刀片在其表面划痕之后,将样品置于80℃真空烘箱中放置4-5h划痕可自修复,可将其制成具有自修复性能的硬质性包装盒使用。
实施例32
以石油醚为溶剂,对甲苯磺酸为催化剂,将等摩尔量的三羟甲基丙烷与丙酮反应制得化合物(a);再将其与4-氯甲基苯乙烯在氢化钠催化条件下制得中间产物后,再以甲醇为溶剂,在盐酸催化条件下制得化合物(b),最后将其与2摩尔当量的氯甲酸乙酯以三乙胺为催化剂反应制得化合物(c);再以甲苯为溶剂,叔丁醇钾为催化剂,在0℃条件下开环聚合制得化合物(d)。以过氧化苯甲酰为引发剂,利用苯乙烯和4-乙烯基苯硼酸通过自由基共聚制得苯乙烯-苯硼酸共聚物(e)。以化合物(f)、4-乙烯基吡啶和苯乙烯为原料,BPO 为引发剂,在110℃条件下进行RAFT共聚制得含硼烷、吡啶侧基的聚苯乙烯。
在干燥洁净的反应瓶中加入200ml的甲苯溶剂,通氩气除水除氧1h后,加入10g苯乙烯、5.2g化合物(d)、0.8wt%过氧化苯甲酰在氮气保护下加热到80℃反应3h,形成第一网络;再加入30g苯乙烯-苯硼酸共聚物(e)、2g硼酸,搅拌混合30min后,加入2ml的三乙胺和少量的无水硫酸镁,加热到110℃加热反应4h后,再加入10g含硼烷、吡啶侧基的聚苯乙烯、1wt%叔丁醇钾混合均匀,继续反应2h,将混合溶液置于合适的模具中在60℃真空烘箱中干燥24h,最终得到聚合物硬质固体,其表面光滑,有一定光泽度,同时具有一定的硬度和机械强度,可将其制成具有自修复性能的光学仪器外壳使用。
实施例33
以1摩尔当量三氟化硼乙醚为引发剂,环氧氯丙烷为促进剂,引发四氢呋喃和2-(四氢呋喃-3-基)乙腈的开环共聚合,以水为终止剂,得到含有侧腈基的羟基封端聚四氢呋喃。
在反应瓶中加入一定量的无水甲苯,加入5g聚乙二醇800以及适量的溶解有叔丁醇钾的叔丁醇溶液,混合均匀后,通氮气20min,逐滴加入3ml溴代乙酸乙酯,在室温下搅拌24h,提纯后溶于甲醇溶剂中,缓慢加入水合肼甲醇溶液,室温下搅拌24h,过滤提纯后得酰肼基封端聚乙二醇。
在干燥洁净的反应瓶中加入一定量的NMP溶剂,加入0.03mol酰肼基封端聚乙二醇,加热到60℃通氮气除水除氧1h,然后加入0.02mol1,3,5-苯三甲醛在氮气保护下反应24h,形成第一网络;再加入3mmol 含有侧腈基的羟基封端聚四氢呋喃,搅拌溶解完全后,加入适量的三乙胺,再在搅拌状态下加入1mmol 硼酸,混合均匀后,加热到60℃反应3h,形成第二网络;再加入4mmol分子量约为4,000的聚乙二醇二胺、0.01mol多聚甲醛,在搅拌状态下加热到50℃反应30min,形成第三网络,最终得到具有三重网络结构的聚乙二醇基有机凝胶,聚合物凝胶具有较大的表面粘性,用刀片将其切断后,对其表面略微加热即可实现完全的重新愈合,体现出优异的自修复性能,并且凝胶的网络结构能够在加热、酸性条件下实现不同程度的降解,利用其所具有的自修复性和温度/pH响应性,可在生物分离、药物控制释放和传感器等方面具有潜在的用途。
实施例34
以AIBN为引发剂,将2,3-二羟基丙基丙烯酸酯与乙烯基吡咯烷酮通过自由基聚合得到1,2-二醇-乙烯基吡咯烷酮共聚物;以AIBN为引发剂,将4-丙烯酰胺基苯硼酸钠盐与乙烯基吡咯烷酮通过自由基聚合得到苯硼酸-乙烯基吡咯烷酮共聚物;以AIBN为引发剂,将乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸羟乙酯、丙烯酸2-氨基乙基酯通过自由基聚合得到乙烯基吡咯烷酮-羟基-氨基共聚物。
在反应瓶中量取一定量的去离子水,加入8mmol乙烯基吡咯烷酮-羟基-氨基共聚物、0.04mol对苯二甲醛和适量的对甲苯磺酸,搅拌溶解完全后,在氮气保护下于65℃回流反应6h,制得第一网络;另取一个反应瓶,量取一定量的去离子水,加入5mmol1,2-二醇-乙烯基吡咯烷酮共聚物,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-乙烯基吡咯烷酮共聚物,加热到50℃反应1h后,加入8mmol海藻酸钠,并将第一网络凝胶溶胀于混合溶液中,滴加入0.05mol/LCaCl2溶液,继续在50℃条件下反应2h。反应结束后,得到杂化交联多网络水凝胶。在本实施例中,制得的聚合物水凝胶可以作为兼具有高吸水性和pH响应特性的吸液衬里材料使用,其能够在加热或不同的pH条件下实现凝胶的自修复和回收利用。
实施例35
以1-(3-羟丙基)-3,6-二甲基嘧啶-2,4-二酮、丙烯酰氯为原料,反应制得丙烯酸基嘧啶酮(a)。以AIBN 为引发剂,将N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸基嘧啶酮(a)通过自由基聚合得到嘧啶酮-丙烯酰胺共聚物(b)。以 AIBN为引发剂,将N-异丙基丙烯酰胺与2-丙烯酸-3-(二乙氧基甲基硅烷基)丙基酯通过自由基聚合得到硅烷-丙烯酰胺共聚物(c)。
取一定量的海藻酸钠溶解于去离子水中配制成0.1mol/L的溶液,取50ml加入到干燥洁净的三口烧瓶中,滴加入5mlCa-EDTA/GDL混合溶液,再加入5g嘧啶酮-丙烯酰胺共聚物(b),加热到50℃条件下不断地搅拌溶解,溶解完全后,加入0.6g偏硼酸铵,加入适量的三乙胺,调节溶液的pH为7.5~8,混合10 min后,加入3g硅烷-丙烯酰胺共聚物(c),在此过程中通过不断搅拌使其溶解混合,溶解完全后,加热到50℃反应3h,随着反应的进行,溶液的粘度不断上升,加热反应2h之后,得到粘稠状的聚合物样品,将其置于300nm紫外光下照射2h。反应结束后,得到多网络水凝胶聚合物样品,其具有良好的粘弹性并可在一定程度下进行延展,在外力去除之后,凝胶能够得到回复;用小刀将凝胶切块之后,将断面贴合,置于60℃条件下加热2-3h后,断面能够重新粘合,具有良好的自修复性能。在本实施例中,利用聚合物凝胶所具有的形状记忆能力以及在不同的温度和光照频率条件下体现出的不同的自修复性能,可将其作用智能响应性凝胶材料应用于药物释放或水土保湿。
实施例36
以AIBN为引发剂,利用丙烯酸和3-丙烯酰胺苯硼酸通过自由基共聚制得丙烯酸-苯硼酸共聚物。将1 摩尔当量的四臂聚乙二醇与4摩尔当量的氯甲酰基异氰酸酯反应制得氢键基团封端聚乙二醇。
取一定量的海藻酸钠溶解于去离子水/丙酮混合溶剂中配制成0.1mol/L的溶液,在干燥洁净的反应瓶中加入50ml海藻酸钠溶液,加入5g的硼酸钙、12g丙烯酸-苯硼酸共聚物,滴加入适量的乙酸水解30min 后,再加入适量的KOH水溶液,调节溶液的pH为7.5~8,震荡混合10min后,加入0.54g季戊四醇、8g 聚乙烯醇,加热到65℃搅拌反应4h,然后通氮气1h,加入4.5g醛基封端聚乙二醇和0.02g对甲苯磺酸,搅拌混合后,在氮气保护条件下于65℃反应3h,加入8g氢键基团封端聚乙二醇、3g碳纳米管、3g活性炭、0.03g十二烷基苯磺酸钠,震荡混合均匀后继续反应1h,最终得到分散有碳纳米管的多网络水凝胶,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0.64±0.10MPa。本实施例中的导电水凝胶可以在外加电场作用下表现出不同的电导率以及形变能力,并且能够在加热条件下实现伤痕的自修复。
实施例37
向反应瓶中加入适量的3,3′-二丙酸三硫代碳酸酯和三苯基磷,在无氧条件下加入丙烯酸羟乙酯的无水四氢呋喃溶液,然后逐滴加入偶氮二甲酸乙酯的甲苯溶液,控制3,3′-二丙酸三硫代碳酸酯与丙烯酸羟乙酯的摩尔比为1:2,控制反应温度为10℃,滴加完成后反应结束,得到含有三硫酯基的双烯化合物(a)。
以过硫酸钾为引发剂,将丙烯酰胺、N-(3-吡啶基)丙烯酰胺、丙烯酰胺对苯磷酸盐通过自由基聚合得到丙烯酰胺共聚物1。
以4-羟基苯乙烯、甲醛为原料,将其与六水合硝酸锌回流24h合成2-(羟甲基)-4-乙烯基苯酚,再以过硫酸钾为引发剂,将2-(羟甲基)-4-乙烯基苯酚与丙烯酰胺、丙烯酸2-氨基乙基酯通过自由基聚合得到丙烯酰胺共聚物2。
称取一定量的丙烯酰胺,并将其溶解于去离子水中配制成1mol/L的溶液,在溶液中加入1mol%双烯化合物(a)作为交联剂,0.6mol%过硫酸钾作为引发剂,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12h,制得第一网络;取一定量的磷酸盐缓冲液(pH7.0),加入4mmol丙烯酰胺共聚物2,搅拌溶解完全后,依次加入适量的吡啶和0.05mol硼酸,置于60℃水浴锅中加热反应2h,再加入4 mmol丙烯酰胺共聚物1,再将之前所得到的第一网络凝胶溶胀于混合溶液中,在80℃条件下反应3h,加入10wt%石墨烯粉超声20min,再继续反应2h。最终得到分散有石墨烯的多网络水凝胶聚合物样品,在本实施例中,可将动态聚合物凝胶作为石墨烯导电凝胶使用,其电导率可随着不同温度和光照环境下外力的变化表现出良好的响应效果,且聚合物中的多网络能够起到协同响应效果。
实施例38
在苯乙烯、过氧化苯甲酰混合溶液中加入2,2,6,6-四甲基-1-氧基哌啶,在氮气保护下加热到90℃反应 20h制得化合物(a),其中,过氧化苯甲酰和2,2,6,6-四甲基-1-氧基哌啶的摩尔比为1:2;将溶解有化合物(a) 的乙醇溶液加入到KOH水溶液中,在氮气保护条件下回流反应16h制得化合物(b);再将化合物(b)与等摩尔量的甲基丙烯酸异氰基乙酯反应制得甲基丙烯酸酯单体(c)。将等摩尔量的2,2,6,6-四甲基-1-(1-苯基乙氧基)-4-哌啶醇与甲基丙烯酸异氰基乙酯反应制得甲基丙烯酸酯单体(d)。以过硫酸钾为引发剂,以甲基丙烯酸酯单体(c)、甲基丙烯酸甲酯为原料,通过自由基聚合得到共聚丙烯酸酯1;以过硫酸钾为引发剂,以甲基丙烯酸酯单体(d)、甲基丙烯酸甲酯为原料,通过自由基聚合得到共聚丙烯酸酯2。
以过硫酸钾为引发剂,3-(二甲氧基甲基硅烷基)丙基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯为原料,通过通过自由基聚合得到硅烷共聚改性丙烯酸酯3。
将等摩尔当量的丙烯酰氯和3-碘-1-丙醇在三乙胺的催化下反应,再将所得产物与等摩尔当量的1-丁基咪唑共混于40℃下反应2天后加入微过量的氟硼酸钠,得到含有咪唑鎓基团的丙烯酸酯单体。以AIBN 为引发剂,将含有咪唑鎓基团的丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸甲酯、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4。
将1摩尔当量4-(氯甲基)苯甲酰氯溶于乙醚/正己烷等体积比的混合溶液,于0℃缓慢滴入含有1.3摩尔当量过氧化锂的水溶液,并于0℃反应6h,得到过氧化双官能引发剂。以乙腈为溶剂,以所得的双官能引发剂于90℃引发偏二氟乙烯和六氟丙烯的自由基共聚合,得到含氟共聚物5。
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2mmol硼酸三乙酯、3mmol的硅烷共聚改性丙烯酸酯3,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,在60℃水浴条件下反应4h,制得第一网络;然后加入3mmol共聚丙烯酸酯1、3mmol共聚丙烯酸酯2,加热到100℃反应2h,制得第二网络;然后加入3mmol丙烯酸酯共聚物4、1mmol含氟共聚物5、1wt%重晶石粉、2wt%石膏、1wt%炭黑和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12h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。在本实施例中,基于动态共价键和超分子作用动态反应条件以及动态可逆特性的不同,其可在加热条件下体现出协同动态效果。
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。