CN115304817A - 一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,包括以下步骤:(1)构建具有动态交联网络结构的聚合物体系;该具有动态交联网络结构的聚合物体系应当具备足够快的交换反应速率和足够低的交换反应活化能;(2)将构建的具有动态交联网络结构的聚合物体系制备成用于发泡的成型坯体,采用高压流体对成型坯体进行溶胀渗透并卸压发泡,控制溶胀渗透和发泡温度高于所述具有动态交联网络结构的聚合物体系的拓扑网络凝结温度,所得聚合物发泡材料即具备自愈合能力。本发明为解决现有聚合物发泡材料自愈合困难的问题提供了可行的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于功能复合材料技术领域,涉及一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法。
背景技术
发泡是实现聚合物材料轻量化的有效手段,而且能赋予聚合物保温隔热、吸音降噪等性能,可以拓宽聚合物的应用范围。聚合物发泡材料常用于大型制件,例如风电叶片等,在服役过程中不可避免地会受到损伤,若能赋予聚合物发泡材料自愈合能力,在聚合物发泡材料受到损伤之后提供条件使其自愈合,则有助于延长其服役寿命,提高经济效益,促进节能环保。
近年来,科学家提出了一类新的高分子材料——类玻璃聚合物(vitrimer)。vitrimer由于具备独特的动态共价键而同时具有热塑性树脂的再加工性能及热固性树脂的尺寸稳定性和力学性能。在拓扑网络凝结温度以下,vitrimer由化学交联形成的三维网络拓扑结构与热固性树脂的无异;而拓扑网络凝结温度以上,vitrimer的动态共价键被激活,网络结构间的共价键可进行快速的交换反应而赋予其“类液体”的性质。
虽然vitrimer具备一定的自愈合能力,但是以其为基础制备具有自愈合能力的聚合物发泡材料目前仍然面临着巨大的挑战。一方面,熔体强度是聚合物能否实现发泡的关键指标:熔体强度不足会导致泡孔坍塌合并,进而造成发泡失败;而熔体强度过大则会阻碍泡孔的生长,限制发泡倍率。vitrimer因存在交联网络,熔体强度可能过高而难以发泡,因此,调控vitrimer的熔体强度以适应发泡工艺是极具难度的。另一方面,即使解决了熔体强度的问题而实现发泡,但对于自愈合发泡材料而言,还面临着另一个难以解决的问题——发泡时孔壁取向以及受热后解取向的问题。孔壁在聚合物材料发泡的二维拉伸过程中会形成取向结构,而为了实现自愈合,需要对聚合物发泡材料进行升温,但是在升温过程中,聚合物发泡材料孔壁的取向结构会因受热而解取向,解取向会导致聚合物发泡材料在受热后发生收缩,这会直接导致聚合物发泡材料自愈合失败。因此,聚合物发泡材料要实现自愈合是非常困难的,目前尚没有方法来解决聚合物发泡材料自愈合困难的问题。
发明内容
针对现有技术难以赋予聚合物发泡材料自愈合性能的问题,本发明提供了一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,以解决聚合物发泡材料自愈合困难的难题。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,包括以下步骤:
(1)构建具有动态交联网络结构的聚合物体系;该具有动态交联网络结构的聚合物体系应当具备足够快的交换反应速率和足够低的交换反应活化能;
(2)将构建的具有动态交联网络结构的聚合物体系制备成用于发泡的成型坯体,采用高压流体对成型坯体进行溶胀渗透并卸压发泡,控制溶胀渗透和发泡温度高于所述具有动态交联网络结构的聚合物体系的拓扑网络凝结温度,所得聚合物发泡材料即具备自愈合能力。
上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中,当具有动态交联网络结构的聚合物体系的松弛时间不超过10s时,所述具有动态交联网络的聚合物体系的交换反应速率和交换反应活化能即满足步骤(1)的要求。
上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中,为了控制所述成型坯体具有适当的发泡程度,以尽量避免聚合物发泡材料的泡孔壁产生取向结构,步骤(2)中最好是控制溶胀渗透和发泡温度为T,Tv<T≤Tv+30℃,Tv为所述具有动态交联网络结构的聚合物体系的拓扑网络凝结温度,Tv可参照现有技术由积膨胀曲线确定。
上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中,步骤(2)采用高压流体对成型坯体进行溶胀渗透时,优选控制高压腔体的压力为10~18MPa,当高压流体在成型坯体中达到饱和后泄压发泡,所得聚合物发泡材料即具备自愈合能力。
上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中,步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系包括基于酯交换的类玻璃高分子、基于氨基交换反应的类玻璃高分子、基于烷基交换反应的类玻璃高分子、基于烯烃复分解交换反应的动态共价键高分子、含有亚胺交换反应的动态共价高分子以及含有二硫交换反应的动态共价高分子中的任意一种。这些具有动态交联网络结构的聚合物体系的制备方法可以参照现有技术进行制备,只要满足制备得到的动态交联网络结构的聚合物体系的松弛时间不超过10s即可。
例如,当步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系为基于酯交换的类玻璃高分子时,具有动态交联网络结构的聚合物体系由聚酯、添加剂、聚酯扩链剂经熔融共混构建而成的;所述添加剂为多元醇,聚酯扩链剂为含有能与羟基反应的基团的化合物;在熔融共混过程中,添加剂与聚酯通过交换反应嵌入聚酯链段得到富含活性基团的嵌段聚酯,聚酯扩链剂与嵌段聚酯中的活性基团发生扩链交联反应形成交联网络结构。
所述添加剂包括双(2-羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷(BIS-TRIS)、三异丙醇胺(TIPA)、三乙醇胺(TEOA)、双-TRIS丙烷、D-山梨醇、1,2,3,4-丁四醇以及丙三醇等多元醇中的任意一种。
进一步地,当所述添加剂为D-山梨醇、1,2,3,4-丁四醇或者丙三醇时,步骤(1)在构建具有动态交联网络结构的聚合物体系时还应添加催化剂,所述催化剂用于催化交换反应的进行,催化剂包括有机二价锌盐、有机二价锡盐以及叔胺中的任意一种。所述叔胺包括1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)等。
上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中,所述聚酯扩链剂为戊二酸酐(GA)、丁二酸酐(SA)、邻苯二甲酸酐、1,2,4-苯三酸酐、均苯四甲酸二酐(PMDA)、三(2,3-环氧丙基)异氰尿酸酯、2,2',2”-[次甲基-三(亚苯氧基亚甲基)]三(环氧乙烷)、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚等聚酯扩链剂中的任意一种。
所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯、热塑性聚酯弹性体、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯以及聚乳酸等聚酯中的任意一种。
上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中,当步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系为基于酯交换的类玻璃高分子时,步骤(1)在构建具有动态交联网络结构的聚合物体系时,聚酯、添加剂以及聚酯扩链剂的用量比例关系,与具体选用的聚酯、添加剂以及聚酯扩链剂的种类有关,具体选用何种聚酯、添加剂以及聚酯扩链剂以及如何控制它们之间的比例关系,以制备的具有动态交联网络结构的聚合物体系的松弛时间不超过10s为原则。一种可行的技术方案是,步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系是由聚酯100质量份、添加剂0.8~2质量份、聚酯扩链剂2~6质量份经熔融共混构建而成的。当添加催化剂时,催化剂种类及用量也以制备的具有动态交联网络结构的聚合物体系的松弛时间不超过10s为原则。一种可行的技术方案是,步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系是由聚酯100质量份、添加剂0.8~2质量份、聚酯扩链剂2~6质量份、催化剂5~40质量分经熔融共混构建而成的。
上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中,当步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系为基于酯交换的类玻璃高分子时,一种可行的构建具有动态交联网络结构的聚合物体系的方法为:将聚酯与添加剂,或者聚酯、添加剂与催化剂预混,将预混所得物料加入挤出机,熔融共混1~3min,然后将扩链剂加入挤出机,熔融共混3~10min,挤出成型即得;控制熔融共混的温度高于聚酯的熔点0~50℃。
上述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法的技术方案中,步骤(2)采用的高压流体为高压N2、CO2、惰性气体中的至少一种。
与现有技术相比,本发明提供的技术方案可以产生以下有益的技术效果:
1.本发明提供了一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,该方法首先构建具有动态交联网络结构的聚合物体系,其应当具备足够快的交换反应速率和足够低的交换反应活化能(松弛时间不超过10s),其次,采用高压流体对构建的具有动态交联网络结构的聚合物体系进行溶胀渗透并卸压发泡,控制溶胀渗透和发泡温度使得所述聚合物体系在溶胀渗透和发泡过程中发生快速的交换反应,这一方面可以确保所述聚合物体系体现出明显的粘性行为,具备适当的熔体强度,有利于实现发泡,另一方面可以避免所述聚合物体系在发泡过程中形成取向结构。正是由于以上几方面的配合作用,使得发泡制备得到的聚合物发泡材料具备了自愈合能力。
2.本发明通过对具有动态交联网络结构的聚合物体系的构建条件和发泡条件的探索,提供了赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,为自愈合聚合物发泡材料的构建提出了具体的思路和原则。在满足本发明限定的条件下,具有动态交联网络结构的聚合物体系在发泡过程中,泡孔壁基本不会形成取向结构,因而在自愈合的高温条件下,聚合物发泡材料的泡孔壁不会在高温下回缩而阻碍自愈合过程的发生,这突破了聚合物发泡材料自修复的技术瓶颈,解决了现有技术中聚合物发泡材料难以实现自愈合的难题,在延长制品服役寿命方面有广阔的应用场景和重要的意义。
附图说明
图1是用激光共聚焦表征0.8BT3PMDA发泡材料在245℃下的自愈合行为的图片。
图2的a)图是0BT3PMDA、0BT6ADR、0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR的凝胶含量和溶胀比,b)图是0.8BT3PMDA、0.8BT6ADR在三氟乙酸中的溶胀后的照片,c)图是0.8BT6ADR在250~280℃温度范围的应力松弛实验测试结果,d)图是0.8BT3PMDA在240~270℃温度范围的应力松弛实验测试结果。
图3是0.8BT3PMDA和0.8BT6ADR的交换反应活化能拟合结果。
图4的(A)图是0BT3PMDA、0BT6ADR、0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR在270℃、1%应变条件下的小振幅动态剪切流变测试结果,(B)图是0BT3PMDA、0BT6ADR、0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR的cole-cole曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法作进一步的说明,以下所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的发明内容和实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施方式,都属于本发明所保护的范围。
下述各实施例中的,所使用的各种原料和试剂均未现有技术中已有的原料和试剂,可从市场购买获取得到。
实施例1
本实施例中,制备聚酯类玻璃聚合物,步骤如下:
将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)粒料100质量份、2-二(2-羟乙基)氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇(BIS-TRIS)0.8质量份预混后,由双螺杆挤出机的第一加料口加入双螺杆挤出机,熔融共混约1.5min,将扩链剂均苯四甲酸二酐(PMDA)3质量份由双螺杆挤出机的第二加料口加入双螺杆挤出机,熔融共混约5min,经口模拉出后过冷水造粒,得到具有动态交联网络结构的聚合物体系,记作0.8BT3PMDA。控制双螺杆挤出机不同段螺杆的温度在150~270℃区间,螺杆转速为80r/min。
对比例1
本对比例与实施例1的操作基本相同,不同之处仅在于,不添加BIS-TRIS,将制备得到的产品记作0BT3PMDA。
对比例2
本对比例与实施例1的操作基本相同,不同之处仅在于,将3质量份的PMDA替换为6质量份的扩链剂ADR,将制备得到的产品记作0.8BT6ADR。
对比例3
本对比例与实施例2的操作基本相同,不同之处仅在于,不添加BIS-TRIS,将制备得到的产品记作0BT6ADR。
实施例2
本实施例中,以实施例1制备的0.8BT3PMDA为基础,制备具有自愈合能力的聚合物发泡材料,步骤如下:
(1)使用平板硫化机将0.8BT3PMDA热压成型,得到厚度为2.5mm的片状成型坯体,热压温度和压力分别为270℃、10MPa。
(2)将所得成型坯体置于高压反应釜中,向高压反应釜中通入作为发泡剂的CO2气体,控制高压反应釜的温度为250℃、压力为16MPa,保持前述温度和压力条件溶胀2h,发泡剂在坯体中达到饱和,快速泄压发泡,得到具有自愈合能力的聚合物发泡材料,记作0.8BT3PMDA发泡材料。
对本实施例制备的0.8BT3PMDA发泡材料进行荧光染色,然后用刀片在其上划一道划痕,破坏泡孔壁,随后在245℃下用激光共聚焦显微镜进行观察,发现该发泡材料245℃的条件下,在6min内便发生了明显的自愈合,如图1所示,说明该0.8BT3PMDA发泡材料具有自愈合能力。
对比例4
本对比例中,以对比例3制备的0BT6ADR为基础,制备发泡材料并考察其自愈合能力。
(1)使用平板硫化机将0BT6ADR热压成型,得到厚度为2.5mm的片状成型坯体,热压温度和压力分别为270℃、10MPa。
(2)将所得成型坯体置于高压反应釜中,向高压反应釜中通入作为发泡剂的CO2气体,控制高压反应釜的温度为250℃、压力为16MPa,保持前述温度和压力条件溶胀2h,发泡剂在坯体中达到饱和,快速泄压发泡,得到具有自愈合能力的聚合物发泡材料,记作0BT6ADR发泡材料。
对本对比例制备的0BT6ADR发泡材料进行荧光染色,然后用刀片在其上划一道划痕,破坏泡孔壁,随后在245℃下用激光共聚焦显微镜进行观察,但未发现划痕有自愈合的倾向,不具备自愈合性能。这是由于0BT6ADR发泡材料中没有动态共价键,故无法发生自愈合。
对比例5
本对比例中,以对比例3制备的0.8BT6ADR为基础制备发泡材料,步骤如下:
(1)使用平板硫化机将0.8BT6ADR热压成型,得到厚度为2.5mm的片状坯体,热压温度和压力分别为270℃、10MPa。
(2)将所得坯体置于高压反应釜中,向高压反应釜中通入作为发泡剂的CO2气体,控制高压腔体的压力均为16MPa、温度分别为250℃、260℃和270℃,保持前述温度和压力条件溶胀2h,发泡剂在坯体中达到饱和,快速泄压发泡,结果发现在以上三个温度条件下均不能发泡。
实施例3
本实施例中,通过比较实施例1和对比例1~3制备的0.8BT3PMDA、0BT3PMDA、0.8BT6ADR以及0BT6ADR的性能差异,来探究它们的发泡性能和自愈合性能出现差异的原因。
1.溶胀能力测试
将0.5g的各样品(0.8BT3PMDA、0BT3PMDA、0.8BT6ADR以及0BT6ADR)浸泡于40mL的三氟乙酸中,在室温下放置48h,观察其溶胀情况,0BT3PMDA在浸泡48h后完全溶解,说明其中未形成交联网络结构,而0.8BT3PMDA、0.8BT6ADR和0BT6ADR在浸泡48h后仍未溶解,说明其中形成了交联网络结构,图2的b)图是0.8BT3PMDA和0.8BT6ADR在三氟乙酸中浸泡48h后的照片。
进一步测试各样品在浸泡48h后的凝胶含量(gel content)和溶胀比(swellingratio),结果如图2的a)图所示。0BT3PMDA在浸泡48h后凝胶含量为0,0BT6ADR、0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR在浸泡48h后的凝胶含量分别为38.2%和55.9%及64.6%,三者的溶胀比则随着凝胶含量的升高而降低,说明加入ADR,加入BIS-TRIS与ADR,或者加入BIS-TRIS与PMDA可提高样品的交联度。
2.松弛能力测试
将0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR置于平板硫化机上,在270℃、10MPa的条件下压制3min,得到直径为25mm、厚度为0.8mm的圆片样品。将圆片样品置于DHR-3流变仪上进行松弛实验,分别在240℃、250℃、260℃、270℃和280℃下给各圆片样品预加1%的应变,随后观察各样品的储能模量随时间的变化。为避免样品降解,该实验在N2保护下进行。结果如图2的c)d)图所示。
由图2的c)d)图可知,0.8BT3PMDA在260、270℃的测试温度下能完全松弛,而0.8BT6ADR在270、280℃的测试温度下能完全松弛,说明0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR中的交联网络结构是动态可调节的。然而二者的交换反应速率和松弛时间具有较大差别。
由图2的c)d)图可计算出0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR在270℃下的松弛时间((τ*=Gt/G0=(1/e)≈0.37)分别为4.8s和31.7s。进一步拟合二者的交换反应活化能,如图3所示,得到0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR的交换反应活化能分别为96.4KJ/mol及119.5KJ/mol。说明在相同的条件下,0.8BT3PMDA比0.8BT6ADR具有更快的交换反应速率。
3.流变性能测试
将各样品(0.8BT3PMDA、0BT3PMDA、0.8BT6ADR以及0BT6ADR)分别置于平板硫化机上,在270℃、10MPa的条件下压制3min,得到直径为25mm、厚度为0.8mm的圆片样品。将各圆片样品在DHR-3流变仪上进行小角振荡平板剪切实验,即分别在270℃,1%应变,0.1~500rad/s的条件下观察各样品的储能模量、损耗模量随频率的变化,并进一步做出cole-cole图。为避免样品降解,该测试过程在N2保护下进行。结果如图3所示。
如图4的(A)所示,样品0BT6ADR、0.8BT3PMDA及0.8BT6ADR的弹性模量在整个测试频率范围趋近于平台,说明了交联网络结构的形成,从而表现出类固性的流变行为。对于0.8BT3PMDA和0.8BT6ADR的损耗模量,其在低频区呈现出上升的趋势,这是由于此时由交换反应造成的松弛与实验的时间尺度相当,故损耗增大。0.8BT6ADR相较于0.8BT3PMDA有着更大的弹性模量,说明了0.8BT6ADR有着更高的力学强度。
图4的(B)图是cole-cole曲线,cole-cole曲线是评判样品粘弹性的有力手段。由图4的(B)图可知,0BT3PMDA由于缺乏交联网络结构,表现出典型的黏性流体行为,复数黏度的虚部和实部都很低,说明其弹性不足。0BT6ADR、0.8BT3PMDA的cole-cole曲线处于适中的位置,分别是由于0BT6ADR的交联密度不大,0.8BT3PMDA在高温下可进行快速的交换反应。而0.8BT6ADR由于大的交联密度及慢的交换反应速率,其cole-cole曲线跨度极大,说明其松弛时间最长,弹性最大。这就解释了对比例5中0.8BT6ADR无法发泡的原因——0.8BT6ADR由于弹性过大而导致泡孔无法生长。相对于而言,0.8BT3PMDA则由于具有快速的交换反应速率而使得其在发泡过程中具有适当的熔体强度,因而具有较好的发泡能力,同时,0.8BT3PMDA具有的快速交换反应速率使得其在发泡后具有优异的自愈合能力。
实施例4
本实施例中,制备具有自愈合能力的聚合物发泡材料,步骤如下:
(1)将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)粒料100质量份、2-二(2-羟乙基)氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇(BIS-TRIS)1.2质量份预混后,由双螺杆挤出机的第一加料口加入双螺杆挤出机,熔融共混约1.5min,将扩链剂均苯四甲酸二酐(PMDA)4质量份由双螺杆挤出机的第二加料口加入双螺杆挤出机,熔融共混约5min,经口模拉出后过冷水造粒,得到具有动态交联网络结构的聚合物体系,记作1.2BT4PMDA。控制双螺杆挤出机不同段螺杆的温度在150~270℃区间,螺杆转速为80r/min。
(2)使用平板硫化机将1.2BT4PMDA热压成型,得到厚度为2.5mm的片状成型坯体,热压温度和压力分别为270℃、10MPa。
(3)将所得成型坯体置于高压反应釜中,向高压反应釜中通入作为发泡剂的CO2气体,控制高压反应釜的温度为250℃、压力为16MPa,保持前述温度和压力条件溶胀2h,发泡剂在坯体中达到饱和,快速泄压发泡,得到具有自愈合能力的聚合物发泡材料,记作1.2BT4PMDA发泡材料。
对本实施例制备的1.2BT4PMDA发泡材料进行荧光染色,然后用刀片在其上划一道划痕,破坏泡孔壁,随后在245℃下用激光共聚焦显微镜进行观察,发现该发泡材料245℃的条件下,在6min内便发生了明显的自愈合。
实施例5
本实施例中,制备具有自愈合能力的聚合物发泡材料,步骤如下:
(1)将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)粒料100质量份、2-二(2-羟乙基)氨基-2-羟甲基-1,3-丙二醇(BIS-TRIS)1质量份预混后,由双螺杆挤出机的第一加料口加入双螺杆挤出机,熔融共混约1.5min,将扩链剂均苯四甲酸二酐(PMDA)4质量份由双螺杆挤出机的第二加料口加入双螺杆挤出机,熔融共混约5min,经口模拉出后过冷水造粒,得到聚酯类玻璃聚合物颗粒,记作1BT4PMDA。控制双螺杆挤出机不同段螺杆的温度在150~270℃区间,螺杆转速为80r/min。
(2)使用平板硫化机将1BT4PMDA热压成型,得到厚度为2.5mm的片状成型坯体,热压温度和压力分别为270℃、10MPa。
(3)将所得成型坯体置于高压反应釜中,向高压反应釜中通入作为发泡剂的CO2气体,控制高压反应釜的温度为250℃、压力为16MPa,保持前述温度和压力条件溶胀2h,发泡剂在坯体中达到饱和,快速泄压发泡,得到具有自愈合能力的聚合物发泡材料,记作1BT4PMDA发泡材料。
对本实施例制备的1BT4PMDA发泡材料进行荧光染色,然后用刀片在其上划一道划痕,破坏泡孔壁,随后在245℃下用激光共聚焦显微镜进行观察,发现该发泡材料245℃的条件下,在6min内便发生了明显的自愈合。
Claims (10)
1.一种赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)构建具有动态交联网络结构的聚合物体系;该具有动态交联网络结构的聚合物体系应当具备足够快的交换反应速率和足够低的交换反应活化能;
(2)将构建的具有动态交联网络结构的聚合物体系制备成用于发泡的成型坯体,采用高压流体对成型坯体进行溶胀渗透并卸压发泡,控制溶胀渗透和发泡温度高于所述具有动态交联网络结构的聚合物体系的拓扑网络凝结温度,所得聚合物发泡材料即具备自愈合能力。
2.根据权利要求1所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,当具有动态交联网络结构的聚合物体系的松弛时间不超过10s时,所述具有动态交联网络的聚合物体系的交换反应速率和交换反应活化能即满足步骤(1)的要求。
3.根据权利要求1所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,步骤(2)中,控制溶胀渗透和发泡温度为T,Tv<T≤Tv+30℃,Tv为所述具有动态交联网络结构的聚合物体系的拓扑网络凝结温度。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,步骤(2)采用高压流体对成型坯体进行溶胀渗透时,控制高压腔体的压力为10~18MPa,当高压流体在成型坯体中达到饱和后泄压发泡,所得聚合物发泡材料即具备自愈合能力。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系包括基于酯交换的类玻璃高分子、基于氨基交换反应的类玻璃高分子、基于烷基交换反应的类玻璃高分子、基于烯烃复分解交换反应的动态共价键高分子、含有亚胺交换反应的动态共价高分子以及含有二硫交换反应的动态共价高分子中的任意一种。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,当步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系为基于酯交换的类玻璃高分子时,具有动态交联网络结构的聚合物体系由聚酯、添加剂、聚酯扩链剂经熔融共混构建而成;所述添加剂为多元醇,聚酯扩链剂为含有能与羟基反应的基团的化合物;在熔融共混过程中,添加剂与聚酯通过交换反应嵌入聚酯链段得到富含活性基团的嵌段聚酯,聚酯扩链剂与嵌段聚酯中的活性基团发生扩链交联反应形成交联网络结构。
7.根据权利要求6所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,所述添加剂包括双(2-羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷、三异丙醇胺、三乙醇胺、双-TRIS丙烷、D-山梨醇、1,2,3,4-丁四醇以及丙三醇中的任意一种。
8.根据权利要求7所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,当所述添加剂为D-山梨醇、1,2,3,4-丁四醇或者丙三醇时,步骤(1)在构建具有动态交联网络结构的聚合物体系时还应添加催化剂,所述催化剂用于催化交换反应的进行,催化剂包括有机二价锌盐、有机二价锡盐以及叔胺中的任意一种。
9.根据权利要求6所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,所述聚酯扩链剂为戊二酸酐、丁二酸酐、邻苯二甲酸酐、1,2,4-苯三酸酐、均苯四甲酸二酐、三(2,3-环氧丙基)异氰尿酸酯、2,2',2”-[次甲基-三(亚苯氧基亚甲基)]三(环氧乙烷)、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚中的任意一种。
10.根据权利要求6所述赋予聚合物发泡材料自愈合能力的方法,其特征在于,步骤(1)所述具有动态交联网络结构的聚合物体系为基于酯交换的类玻璃高分子时,具有动态交联网络结构的聚合物体系由聚酯100质量份、添加剂0.8~2质量份、聚酯扩链剂2~6质量份经熔融共混构建而成。
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Also Published As
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