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CN109666093A - 一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物 - Google Patents

一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物 Download PDF

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CN109666093A
CN109666093A CN201710967686.5A CN201710967686A CN109666093A CN 109666093 A CN109666093 A CN 109666093A CN 201710967686 A CN201710967686 A CN 201710967686A CN 109666093 A CN109666093 A CN 109666093A
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Weng Qiumei
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Abstract

本发明公开了一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其中包含动态共价交联和超分子氢键作用;其中,所述动态共价交联基于至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键,所述超分子氢键作用包含通过存在于聚合物链的侧基和/或侧链上的侧氢键基团参与形成的氢键作用。该动态聚合物融合了动态共价键和超分子氢键各自的优势;超分子氢键赋予材料刺激响应性、超韧性和自修复性;动态共价键则一方面赋予动态聚合物结构稳定性和机械强度,又由于其动态可逆性,使得聚合物具有自修复性、可回收性、可重复加工性等特性。该动态聚合物可用于制作自修复材料、韧性材料、密封材料等而获得广泛的应用。

Description

一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物
技术领域
本发明涉及智能聚合物领域,具体涉及一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物。
背景技术
高分子材料给人类带来极大财富的同时,也带来一些严峻环境的问题,例如“白色污染”,大量的废旧塑料及橡胶等高分子制品不仅带来极大的资源浪费而且影响人们的生活。随着化石能源的枯竭,环境友好型、持久耐用及循环利用可回收的高分子材料受到广泛关注,高分子材料要继续发展必须走可持续发展的道路。同时,由于物质生活条件的改善,人们对于材料的性能提出了更高的要求,具有一般性能的高分子制品已经不能够满足人们的需求,如今高分子材料已经向智能化、高性能方向发展。
传统热塑性高分子材料具有可回收再加工性能,但其性能往往具有一定的局限性;而热固性高分子材料具有更好的耐热性,抗氧化性及机械性能等,但是由于其形成三维交联网络结构,不具有再加工性能。开发一种兼具热固性高分子材料的高性能和热塑性高分子材料的二次加工性及智能化新型功能高分子材料变得十分有必要。
超分子化学是基于分子间非共价键相互作用所形成的聚集体化学。超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起的组成复杂、有规律组装的聚集体,并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。超分子具有可逆“断裂”与“形成”的特性,广泛应用于自修复、刺激响应性及可回收材料。然而,这种非共价相互作用与传统共价键相比,一般键能较弱,受热力学影响较大,所形成的超分子结构在某种程度上而言并不是一个稳定的体系,容易遭到破坏。动态化学包括基于非共价键相互作用的超分子化学和基于共价键的动态共价化学。动态共价化学具有在特定条件下的可逆共价键“断裂”和“形成”特性,动态共价化学中的动态共价键属于共价化学键,键能较大,使得动态共价键较为稳定,动态聚合物的机械性能等突出。动态共价键综合了非共价键的可逆性及普通共价键的高强度优势,使得其在功能高分子材料构筑、自修复及循环利用可回收等方面取得广泛应用。为此,结合动态共价键和超分子的优点开发出具有高动态性、高性能、反应条件温和可控的交联动态聚合物变得十分迫切。
发明内容
本发明针对上述背景,提供了一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其包含动态共价交联和超分子氢键作用;其中,所述动态共价交联基于至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键且其在至少一个网络结构中达到动态共价交联的凝胶点以上;所述超分子氢键作用包含通过存在于聚合物链的侧基和/或侧链上的侧氢键基团参与形成的氢键作用。所述的动态聚合物在具有良好的力学强度和一定的韧性的同时,也表现出良好的动态可逆性,并可体现出自修复性、刺激响应性及可塑性等功能特性。
本发明通过如下技术方案予以实现:
一种具有杂化交联网络的动态聚合物,其特征在于,其中包含动态共价交联和超分子氢键作用;其中,所述动态共价交联基于至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键且其在至少一个网络结构中达到动态共价交联的凝胶点以上;所述超分子氢键作用包含通过存在于聚合物链的侧基和/或侧链上的侧氢键基团参与形成的氢键作用。
在本发明中,除所述侧氢键外,还可选地含有存在于聚合物交联网络骨架链和非交联聚合物主链骨架上的主链骨架氢键基团、其他聚合物链末端的端基氢键基团、小分子上的氢键基团、无机/有机填料/成分上的氢键基团,但本发明不仅限于此。
本发明中,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
其中,指的是聚合物链、交联链接或者其他任意合适的基团的连接;A可选自但不仅限为C原子、S原子、Se原子。
当A为C原子时,本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
其中,R1、R2、R3、R4各自独立存在;
R1、R2、R3、R4存在时,各自独立地选自氢原子、取代原子、取代基;
R1、R2、R3、R4优选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。
Z2为与C3碳原子直接相连的二价连接原子或二价连接基团;
当Z2选自二价连接基团时,Z2的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支化结构或环状结构。
Z2优选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。
具体地,Z2更优选二价丙烯酸或甲基丙烯酸及其相应酯类的N聚体(N≥2)如三聚体、四聚体,二价苯乙烯或甲基苯乙烯的N聚体(N≥2)如三聚体、四聚体。
当Z2为上述二价连接基团时,Z1为与双键C2碳原子直接相连的二价连接基团;Z1的结构没有特别限制,包括但不仅限于单键、直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。
Z1优选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。
Z1更优选自具有吸电子效应的二价连接基团、吸电子效应取代基取代的二价连接基团。所述吸电子效应的二价连接基团包括但不仅限于二价酯基、二价酰氨基、二价羰基、二价芳基如二价苯基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。具有吸电子效应取代基取代的二价连接基团包括但不仅限于吸电子基团如羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、芳基、氰基、卤原子如氟原子中的一种或多种取代的C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
当Z2选自二价连接原子时,其选自S原子,此时Z1为与双键C2碳原子直接相连的二价连接基团。当Z2为S原子时,本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
当Z2选自S原子时,此时Z1为与双键C2碳原子直接相连的二价连接基团;
Z1的结构没有特别限制,包括但不仅限于单键、直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。
Z1优选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。
Z1更优选自二价烷基、二价芳基、二价烷基醚基、二价芳基醚基、二价烷基硫醚基,最优选自二价烷基硫醚基。
当A为S原子或Se原子时,R1、R2、R3、R4不存在;
当A为S原子或Se原子时,Z1选自O原子、S原子、Se原子、Si原子、C原子、N原子、P原子。此时,本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式中的至少一种:
当Z1为O原子、S原子、Se原子时,R5、R6、R7不存在;
当Z1为N原子时,R5存在,R6、R7不存在;
当Z1为Si原子、C原子时,R5、R6存在,R7不存在;
当Z1为P原子时,R5、R6、R7、R8存在;
R5、R6、R7、R8存在时,各自独立地选自氢原子、取代原子、取代基;
R5、R6、R7、R8选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。
Z2为与S原子或Se原子直接相连的二价连接基团;
Z2的结构没有特别限制,包括但不仅限于单键、直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。
Z2优选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。
Z2更优选自氰基、烷基、芳基、酯基、酰氨基、尿基、氨基甲酸酯基中的一种或多种取代的亚烷基、取代的C1-10开链亚烯基、取代的C1-10亚环烷基、取代的C1-10亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烷基、取代的二价C1-10脂杂烷基、取代的二价C1-10脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
当Z1为O原子、S原子、Se原子、Si原子、C原子、N原子、P原子时,Z3为与Z1原子直接相连的二价连接基团;Z3的结构没有特别限制,包括但不仅限于单键、直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。
Z3优选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。
Z3更优选自具有吸电子效应的二价连接基团、吸电子效应取代基取代的二价连接基团,如此有利于提高C=S(Se)的活性,使其更容易受到活性自由基的进攻,获得更为快速的加成反应,从而获得强的动态可逆性。所述吸电子效应的二价连接基团包括但不仅限于二价酯基、二价酰氨基、二价羰基、二价芳基如二价苯基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。具有吸电子效应取代基取代的二价连接基团包括但不仅限于吸电子基团如羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、芳基、氰基、卤原子如氟原子中的一种或多种取代的C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
在本发明中,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键包括但不仅限于烯丙基、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团。
本发明的实施方式中,至少部分所述的侧氢键基团中含有以下结构成分:
更优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,表示与聚合物链、交联链接或者其他任意合适的基团(包括氢原子)的连接。
在本发明中,所述侧基/端基上的氢键基团,优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,X为O原子或S原子,M可选自O原子、S原子、Si原子、C原子、N原子;
当M为O或S时,R9不存在;
当M为C、Si或N时,R9和R10可各自存在;
R9和R10存在时,各自独立地选自氢原子、取代原子、取代基;
选自取代基时,R9和R10的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支化结构或环状结构;R9和R10优选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。
其中,L1和L2均为二价连接基团,G为末端封端基团或链段。
L1和L2的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。L1和L2优选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。
G的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。G 优选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。
R9、R10、L1、L2、G任意两个或者多个之间可以成环。
在本发明中,所述侧链骨架上的侧氢键基团,优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,X为O原子或S原子,M可选自O原子、S原子、Si原子、C原子、N原子;
当M为O原子或S原子时,R9不存在;
当M为C原子、Si原子或N原子时,R9和R10可各自存在;
L1和L2均为二价连接基团,G为末端封端基团或链段;
R9、R10、L1、L2、G任意两个或者多个之间可以成环。
在本发明的实施方式中,所述杂化交联网络的侧基/端基上还选择性地含有前述侧氢键基团以外的其他的氢键基团,包括但不仅限于羟基、巯基、羧基。
在本发明实施方式中,一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,平均每 100个骨架重复单元接入含氢键基团的侧基和/或侧链数目为0.1至200个。
在本发明的实施方式中,用于连接动态共价键和/或氢键基团的连接基可以选自杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da 的二价或多价无机大分子链残基中的任一种或任几种。
在本发明的一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物只含有一个网络(第一种网络结构),其特征在于,此交联网络中含有动态共价交联和超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上。本实施方式中,含有可逆加成断裂链转移动态共价键的动态共价交联用于提供平衡结构和共价动态性;侧氢键基团形成的氢键交联提供额外的交联和超分子动态性。利用一个网络结构融合两种交联作用,以最简单的结构达到杂化动态的效果。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成(第二种网络结构),其特征在于,第1网络中含有动态共价交联且动态共价交联达到其凝胶点以上,其中不含有任何氢键基团;第2网络中不含共价交联但含有超分子氢键交联;该网络结构中,通过第1网络中的动态共价交联保持平衡结构和其中的动态共价键提供共价动态性,通过第 2网络中的超分子氢键交联提供超分子动态性。两个网络之间相对独立,能够较好地获得正交的效果。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成(第三种网络结构),其特征在于,第1网络中含有动态共价交联且动态共价交联达到其凝胶点以上,其中不含有任何氢键基团;第2网络为所述第一种网络。该网络结构中,通过第1网络和第 2网络中的动态共价交联保持平衡结构和其中的动态共价键提供共价动态性;通过第2网络中的超分子氢键交联提供超分子动态性。优选两个网络之间的动态共价键不可发生相互的交换。通过两个动态共价网络提供更好地共价稳定性,并提供正交的动态共价性,方便调节动态共价网络的结构和力学性能,与氢键作用一起可以非常方便地获得多样性的优异效果。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成(第四种网络结构),其特征在于,第1网络为所述第一种网络结构;第2网络中不含共价交联但含有超分子氢键交联,;第1网络和第2网络之间的氢键基团可选地可以互相形成氢键。该网络结构中,通过第1网络中的动态共价交联保持平衡结构和其中的动态共价键提供共价动态性;通过第1和第2网络中的超分子氢键交联提供超分子动态性。通过两氢键交联网络可以获得多样性的超分子动态性。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成(第五种网络结构),其特征在于,第1网络和第2网络均为第一种网络所述的结构,但上所述第1 和第2网络不相同。这种不相同,可以举例例如,聚合物链主体结构不同、动态共价交联的交联密度不同、可逆加成断裂链转移动态共价键不同、聚合物链侧基的组成不同、聚合物链侧基上的氢键基团不同等。该实施方式中,通过调节第1网络和/或第2网络的结构,可以达到精确控制动态聚合物性能的目的。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物只含有一个网络(第六种网络结构),其特征在于,此交联网络中含有动态共价交联和可选的超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上,在动态共价交联网络中分散有超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物。该网络结构中,动态共价交联可以保持平衡结构,在特定的条件下,动态共价交联也可提供动态性;超分子交联提供动态性,分散在其中的超分子聚合物提供补充动态性,特别是应变响应性。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物只有一个交联网络(第七种网络结构),其特征在于,此交联网络含有动态共价交联和可选的超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上;在动态共价交联网络中分散有超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物颗粒。该网络结构中,动态共价交联可以保持平衡结构,在特定的条件下,动态共价交联也可提供动态性;超分子交联提供动态性,超分子聚合物颗粒提供填充和补充动态性,并在应变响应时可以获得局部的粘度和强度增加。
在本发明实施方式中,一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,构成动态聚合物的原料组分还包括以下任一种或任几种可添加或可使用物:溶剂、助剂、添加剂、填料;
其中,所述的可添加或可使用的助剂、添加剂选自以下任一种或任几种:催化剂、引发剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、增韧剂、偶联剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、抗静电剂、乳化剂、分散剂、着色剂、荧光增白剂、消光剂、阻燃剂、杀菌防霉剂、脱水剂、成核剂、流变剂、增稠剂、触变剂、流平剂、泡沫稳定剂、发泡剂;
其中,所述的可添加或可使用的填料选自以下任一种或任几种:无机非金属填料、金属填料、有机填料。
在本发明的实施方式中,所述具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其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。
在本发明的实施方式中,所述的具有杂化交联网络结构的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。对于所述具有杂化交联网络结构的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℃。
在本发明实施方式中,一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,所述动态聚合物或其组成的形态选自固体聚合物、弹性体、凝胶、泡沫。
在本发明实施方式中,一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,其应用于自修复性涂层、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)本发明的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物融合了可逆加成断裂链转移动态共价键和超分子氢键两种具有动态性的元素,充分利用并结合了各自的优点。可逆加成断裂链转移动态共价键一方面可用于提供材料的共价交联平衡结构,使得动态聚合物表现出一般交联聚合物的机械性能、稳定性等优异性能;另一方面在交联聚合物中引入可逆加成断裂链转移动态共价键使得杂化交联动态聚合物具有良好的动态可逆性,在一定条件下可以发生动态共价键的解离或者交换或者重新形成,赋予材料优异的自修复性、可回收性等动态性能;此外,在自由基聚合的单体原料中引入可逆加成断裂链转移动态共价键时,可以通过动态共价键的可逆链转移减少材料内部应力,获得高机械性能、低内部缺陷的高性能材料。同时,由于侧氢键基团易于形成良好动态性的氢键作用,基于侧氢键基团的超分子氢键交联一方面用于对动态共价交联进行交联补充,另一方面用于提供基于其超分子弱键特性和动态性的特异性能,从而提高材料的韧性,可以赋予材料优异的韧性、自修复性和形状记忆能力。这在现有的聚合物体系中是无法实现的。
(2)本发明的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物结构和性能具有良好的可调控性。通过控制原料的分子结构、分子量等参数,可制备出具有不同表观特征、性能可调、用途广泛的动态聚合物;通过控制动态共价键及侧基和/或侧链上氢键基团的种类和数目,可以制备动态可逆性强弱不同的动态聚合物;通过控制动态共价键和超分子氢键交联两者成分的比例,可以制备出力学强度、自修复性、超韧性等多样性的动态聚合物。这在传统的共价交联以及超分子交联体系里面是难以做到的。
(3)本发明的一种具有杂化交联网络的动态聚合物动态性强且具有多重刺激响应性。一方面,可逆加成断裂链转移动态共价键可在多重刺激(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;另一方面,超分子氢键的引入可以作为动态性能的有益补充,增强动态聚合物的动态性能,从而获得强动态性及多重刺激响应性。此外,通过可选择性地控制其他条件(如加入引发剂、自由基捕捉剂),能够在适当的环境下,加速或淬灭动态共价化学平衡,使其处于所需的状态,这在现有的超分子化学以及动态共价体系里面是较难做到的。
参考下述实施方式说明、实施例和所附权利要求书,本发明的这些和其他特征以及优点将变得显而易见。
具体实施方式
下面,对本发明进行详细说明。
本发明涉及的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,其中包含动态共价交联和超分子氢键作用;其中,所述动态共价交联基于至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键且其在至少一个网络结构中达到动态共价交联的凝胶点以上;所述超分子氢键作用包含通过存在于聚合物链的侧基和/或侧链上的氢键基团(下称“侧氢键”基团)参与形成的氢键作用。
本发明中所用术语“聚合”反应/作用,为链的增长过程/作用,主要指的是较低分子量的反应物通过缩聚、加聚、开环聚合等反应形式合成具有较高分子量的产物的过程。在这其中,反应物一般为具有聚合能力(即能够自发地进行聚合,或者能够在引发剂或外加能作用下进行聚合)的单体、低聚物、预聚物等化合物。由一种反应物进行聚合得到的产物称为均聚物。由两种或两种以上反应物进行聚合得到的产物称为共聚物。需要指出的是,在本发明中所述的“聚合”,其包含反应物分子链的线性增长过程,包含反应物分子链的支化过程,包含反应物分子链的成环过程,还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”也包含超分子氢键作用引起的链增长。
本发明中所述的“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共价键的化学连接(化学交联)和/或氢键作用的物理连接(物理交联)形成的三维无限网状结构的过程/作用。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。当交联过程中,初次达到一个三维无限网络的反应点称为凝胶点(渗滤阈值)。除非特别说明,本发明中的交联结构特指凝胶点以上(含,下同)三维无限网络结构,非交联结构包括线型、支化、环状、二维团簇和凝胶点以下的三维团簇结构等凝胶点以下的结构。
根据本发明的实施方式,一个动态聚合物中至少含有一个动态共价交联的网络,除动态共价交联外,还可以有氢键交联;动态共价交联和氢键交联可以在同一个交联网络中,也可以在不同的交联网络中。因此,所述聚合物网络称为“杂化交联网络”。没有特别指明的情况下,本发明中的“网络”,指“交联网络”。
在本发明的实施方式中,同一个动态共价聚合物体系中的动态共价交联可以有一种或者一种以上,即可以采用任意合适的动态共价交联拓扑结构、化学结构、反应方式及其组合等。在本发明的实施方式中,一个体系中的交联网络至少有一个,即可以是单一一个网络,也可以有相互共混的多个网络,也可以有互穿的多个网络,也可以同时存在共混和互穿,等等。其中,两个或多个网络可以相同或不同;可以是部分网络仅包含有动态共价交联和部分网络仅包含氢键交联的组合,或者是部分仅包含有动态共价交联和部分同时包含动态共价交联和氢键交联的组合,或者是部分仅包含氢键交联和部分同时包含动态共价交联和氢键交联的组合,或者是各个网络中都同时包含有动态共价交联和氢键交联,或者是含有氢键作用的非交联聚合物分散在动态共价交联网络中,或者是以氢键交联的超分子聚合物以颗粒形式分散在动态共价交联的网络中;不同非交联成分之间可以互穿也可以部分互穿;任何不同成分之间可以是相容的或者是不相容的;部分动态共价交联的成分还可以以交联的颗粒相容或不相容地分散在其他成分中;但本发明不仅限于此;而且在本发明的实施方式中,所述动态共价交联必须在至少一个网络中达到动态共价交联的凝胶点以上。这样,对本发明的聚合物而言,才可以保证即使在只有一个网络的情况下,聚合物也可以保持平衡结构,也即在没有可以触发所述动态共价键解离的情况下聚合物可以是(至少部分)不溶解不熔融的交联网络。当存在多个网络时,不同网络之间可以有相互作用,也即超分子氢键作用,也可以相互独立;而且除至少一个网络的动态共价交联必须达到动态共价交联的凝胶点以上外,其他网络的交联 (包括动态共价和超分子氢键交联之和)可以在凝胶点以上也可以在凝胶点以下,优选在凝胶点以上。
本发明中不存在普通共价键交联的网络,但部分成分可以以普通共价交联的颗粒相容或不相容地分散在其他成分中,所述普通共价交联的颗粒仅在颗粒内部形成交联网络,不属于形成横跨整个所述动态聚合物的无限三维网络。当所述的动态共价交联网络中的动态共价键断开至凝胶点以下时,动态共价交联网络发生降解。
本发明中所述的“普通共价键”,指的即是传统意义上的除动态共价键以外的共价键,其为原子间通过共用电子对所形成的一种相互作用,在通常温度下(一般不高于100℃)和通常时间内(一般小于1天)较难发生断裂,其包括但不仅限于通常的碳-碳键、碳-氧键、碳-氢键、碳-氮键、碳-硫键、氮-氢键、氮-氧键、氢-氧键、氮-氮键等。
本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键为具有可逆加成断裂链转移作用的功能基团。本发明所述的“可逆加成断裂链转移作用”指的是当一个活性自由基与具有可逆加成断裂链转移作用的功能基团也即本发明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初始的具有可逆加成断裂链转移作用的功能基团也即本发明所述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作用”可以在溶液或固体中进行;此外可逆加成断裂链转移聚合中参与可逆加成断裂链转移过程中的活性自由基通常为碳自由基,而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,为保证具有良好的动态可逆性,体系中的活性自由基优选自硫自由基。本发明所述的可逆加成断裂链转移动态共价键包括但不仅限于《Polymer Science AComprehensiveReference》,2012:181-226文章中3.07.2.2 节报导的烯丙基硫化物中的烯丙基硫醚基和3.07.3章报导的可逆加成断裂链转移化合物中的可逆加成断裂链转移功能基团及双硒酯基、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、二双硒酯基、双三硒代碳酸酯基、二硒代氨基甲酸酯基、二硒代碳酸酯基及其相应的衍生物基团,这里就不再赘述。
本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
其中,指的是聚合物链、交联链接或者其他任意合适的基团的连接;A可选自但不仅限为C原子、S原子、Se原子。
当A为C原子时,本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
其中,R1、R2、R3、R4各自独立存在;
R1、R2、R3、R4存在时,各自独立地选自氢原子、取代原子、取代基;
选自取代原子时,R1、R2、R3、R4优选氢原子;
选自取代基时,R1、R2、R3、R4的碳原子数没有特别限制,可以是聚合物链,优选碳原子数为1~20,更优选自1~10,更优选1~5;
选自取代基时,R1、R2、R3、R4的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支链结构或环状结构,优选直链结构;
选自取代基时,R1、R2、R3、R4可以含有杂原子,也可以不含杂原子。为简便起见,本发明中将基团中的碳原子数范围以下标形式标注在C的下标位置,表示该基团具有的碳原子数,例如C1-10表示“具有1至10个碳原子”、C3-20表示“具有3至20个碳原子”。“不饱和的C3-20烃基”指C3-20烃基中含有不饱和键的化合物。“取代的C1-20烃基”指C1-20烃基的氢原子被取代得到的化合物。“杂化的C1-20烃基”指C1-20烃基中的碳原子被杂原子取代得到的化合物。当一个基团可选自C1-10烃基时,其可选自下标所示范围中任一种碳原子数的烃基,即可选自 C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10烃基中任一种烃基。本发明中,在没有特别说明的情况下,以区间形式标记的下标均表示可选自该范围内任一整数,该范围包括两个端点。
R1、R2、R3、R4选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。其中,R1、R2、R3、R4中的取代原子或取代基没有特别限制,选自氢原子、卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
R1、R2、R3、R4更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20不饱和脂肪烃基、芳基、芳烃基、C1-20杂烃基、C1-20烃基氧基酰基、C1-20烃基硫基酰基、C1-20烃基氨基酰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。
R1、R2、R3、R4更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20烯基、芳基、芳烃基、C1-20脂杂烃基、杂芳基、杂芳烃基、C1-20烷氧基酰基、芳基氧基酰基、C1-20烷基硫基酰基、芳基硫基酰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。
具体地,R1、R2、R3、R4选自包括但不仅限于氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、烯丙基、丙烯基、乙烯基、苯基、甲基苯基、丁基苯基、苄基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、甲硫基羰基、乙硫基羰基、苯硫基羰基、苄硫基羰基、乙氨基羰基、苄氨基羰基、甲氧基硫代羰基、乙氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、甲硫基硫代羰基、乙硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、乙氨基硫代羰基、苄氨基硫代羰基、取代的C1-20烷基、取代的C1-20烯基、取代的芳基、取代的芳烃基、取代的C1-20脂杂烃基、取代的杂芳基、取代的杂芳烃基、取代的C1-20烷氧基羰基、取代的芳基氧基羰基、取代的C1-20烷基硫基羰基、取代的芳基硫基羰基取代的C1-20烷氧基硫代羰基、取代的芳基氧基硫代羰基、取代的C1-20烷基硫基硫代羰基、取代的芳基硫基硫代羰基等中任一种原子或基团。其中,丁基包括但不仅限于正丁基、叔丁基。辛基包括但不仅限于正辛基、2-乙基己基。其中,取代原子或取代基选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
Z2为与C3碳原子直接相连的二价连接原子或二价连接基团;
当Z2选自二价连接基团时,Z2的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支化结构或环状结构。其中,环状结构没有特别限制,可选自脂肪族环、芳香族环、糖环、缩合环;
Z2可以含有杂原子,也可以不含杂原子;
Z2的碳原子数没有特别限制,优选自1~20,更优选自1~10。
Z2选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。其中,取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
Z2优选自C1-20开链亚烷基、C1-20开链亚烯基、C1-20亚环烷基、C1-20亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-20脂杂烷基、二价C1-20脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-20开链亚烯基、取代的C1-20亚环烷基、取代的C1-20亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烃基、取代的二价C1-20脂杂烷基、取代的二价C1-20脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z2更优选自C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-10开链亚烯基、取代的C1-10亚环烷基、取代的C1-10亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烷基、取代的二价C1-10脂杂烷基、取代的二价C1-10脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
具体地,Z2更优选二价丙烯酸或甲基丙烯酸及其相应酯类的N聚体(N≥2)如三聚体、四聚体,二价苯乙烯或甲基苯乙烯的N聚体(N≥2)如三聚体、四聚体。
当Z2为上述二价连接基团时,Z1为与双键C2碳原子直接相连的二价连接基团;Z1的结构没有特别限制,包括但不仅限于单键、直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。其中,环状结构没有特别限制,可选自脂肪族环、芳香族环、糖环、缩合环,优选芳香族环;
Z1可以含有杂原子,也可以不含杂原子;
Z1的碳原子数没有特别限制,优选自1~20,更优选自1~10。
Z1选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。其中,取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
Z1优选自C1-20开链亚烷基、C1-20开链亚烯基、C1-20亚环烷基、C1-20亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-20脂杂烷基、二价C1-20脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-20开链亚烯基、取代的C1-20亚环烷基、取代的C1-20亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烃基、取代的二价C1-20脂杂烷基、取代的二价C1-20脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z1更优选自C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-10开链亚烯基、取代的C1-10亚环烷基、取代的C1-10亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烷基、取代的二价C1-10脂杂烷基、取代的二价C1-10脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z1更优选自具有吸电子效应的二价连接基团、吸电子效应取代基取代的二价连接基团,如此有利于提高C=C的活性,使其更容易受到活性自由基的进攻,获得更为快速的加成反应,从而获得强的动态可逆性。所述吸电子效应的二价连接基团包括但不仅限于二价酯基、二价酰氨基、二价羰基、二价芳基如二价苯基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。具有吸电子效应取代基取代的二价连接基团包括但不仅限于吸电子基团如羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、芳基、氰基、卤原子如氟原子中的一种或多种取代的C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
具体的,Z1选自吸电子效应的二价连接基团,包括但不仅限于二价酯基、二价酰氨基、二价羰基、二价苯基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基;吸电子效应取代基取代的二价连接基团,包括但不仅限于吸电子基团如羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、芳基、氰基、卤原子如氟原子中的一种或多种取代的苯撑基、亚苄基、亚萘基、亚吡咯基、亚吡啶基。
此时,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键包括但不仅限于《Polymer ScienceA Comprehensive Reference》,2012:181-226文章中3.07.3.1节报导的大分子单体中的可逆加成断裂链转移功能基团,这里就不再赘述。
作为例子,可以举出如下结构,但本发明不仅限于此:
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。
当Z2选自二价连接原子时,其选自S原子,此时Z1为与双键C2碳原子直接相连的二价连接基团。当Z2为S原子时,本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
当Z2选自S原子时,此时Z1为与双键C2碳原子直接相连的二价连接基团;
Z1的结构没有特别限制,包括但不仅限于单键、直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。其中,环状结构没有特别限制,可选自脂肪族环、芳香族环、糖环、缩合环;
Z1可以含有杂原子,也可以不含杂原子;
Z1的碳原子数均没有特别限制,优选自1~20,更优选自1~10。
Z1选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。其中,取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
Z1优选自C1-20开链亚烷基、C1-20开链亚烯基、C1-20亚环烷基、C1-20亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-20脂杂烷基、二价C1-20脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-20开链亚烯基、取代的C1-20亚环烷基、取代的C1-20亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烃基、取代的二价C1-20脂杂烷基、取代的二价C1-20脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z1更优选自C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-10开链亚烯基、取代的C1-10亚环烷基、取代的C1-10亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烷基、取代的二价C1-10脂杂烷基、取代的二价C1-10脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z1更优选自二价烷基、二价芳基、二价烷基醚基、二价芳基醚基、二价烷基硫醚基,最优选自二价烷基硫醚基,如此能够获得更好的动态可逆性。具体的,Z1优选自亚甲基、亚甲基硫醚基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、二价苯基、二价苯基醚基、二价苄基、二价乙氧基、二价丁氧基、二价己氧基,最优选自亚甲基硫醚基。
此时,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键包括但不仅限于《Polymer ScienceA Comprehensive Reference》,2012:181-226文章中3.07.2.2节报导的烯丙基硫化物中的烯丙基硫醚基,这里就不再赘述。
作为例子,可以举出如下结构,但本发明不仅限于此:
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。
当A为S原子或Se原子时,R1、R2、R3、R4不存在;
当A为S原子或Se原子时,Z1选自O原子、S原子、Se原子、Si原子、C原子、N原子、P原子,优选S原子、Se原子、C原子、O原子、N原子。此时,本发明中所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式中的至少一种:
当Z1为O原子、S原子、Se原子时,R5、R6、R7不存在;
当Z1为N原子时,R5存在,R6、R7不存在;
当Z1为Si原子、C原子时,R5、R6存在,R7不存在;
当Z1为P原子时,R5、R6、R7、R8存在;
R5、R6、R7、R8存在时,各自独立地选自氢原子、取代原子、取代基;
选自取代原子时,R5、R6、R7、R8优选氢原子;
选自取代基时,R5、R6、R7、R8的碳原子数没有特别限制,可以是聚合物链,优选碳原子数为1~20,更优选自1~10,更优选1~5;
选自取代基时,R5、R6、R7、R8的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支链结构或环状结构,优选直链结构;
选自取代基时,R5、R6、R7、R8可以含有杂原子,也可以不含杂原子。
R5、R6、R7、R8选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。其中,R5、R6、R7、R8中的取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
R5、R6、R7、R8更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20不饱和脂肪烃基、芳基、芳烃基、C1-20杂烃基、C1-20烃基氧基酰基、C1-20烃基硫基酰基、C1-20烃基氨基酰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。
R5、R6、R7、R8更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20烯基、芳基、芳烃基、C1-20脂杂烃基、杂芳基、杂芳烃基、C1-20烷氧基酰基、芳基氧基酰基、C1-20烷基硫基酰基、芳基硫基酰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。
具体地,R5、R6、R7、R8选自包括但不仅限于氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、烯丙基、丙烯基、乙烯基、苯基、甲基苯基、丁基苯基、苄基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、甲硫基羰基、乙硫基羰基、苯硫基羰基、苄硫基羰基、乙氨基羰基、苄氨基羰基、甲氧基硫代羰基、乙氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、甲硫基硫代羰基、乙硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、乙氨基硫代羰基、苄氨基硫代羰基、取代的C1-20烷基、取代的C1-20烯基、取代的芳基、取代的芳烃基、取代的C1-20脂杂烃基、取代的杂芳基、取代的杂芳烃基、取代的C1-20烷氧基羰基、取代的芳基氧基羰基、取代的C1-20烷基硫基羰基、取代的芳基硫基羰基取代的C1-20烷氧基硫代羰基、取代的芳基氧基硫代羰基、取代的C1-20烷基硫基硫代羰基、取代的芳基硫基硫代羰基等中任一种原子或基团。其中,丁基包括但不仅限于正丁基、叔丁基。辛基包括但不仅限于正辛基、2-乙基己基。其中,取代原子或取代基选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
Z2为与S原子或Se原子直接相连的二价连接基团;
Z2的结构没有特别限制,包括但不仅限于单键、直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。其中,环状结构没有特别限制,可选自脂肪族环、芳香族环、糖环、缩合环,优选芳香族环;
Z2可以含有杂原子,也可以不含杂原子;
Z2的碳原子数没有特别限制,优选自1~20,更优选自1~10。
Z2选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。其中,取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
Z2优选自C1-20开链亚烷基、C1-20开链亚烯基、C1-20亚环烷基、C1-20亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-20脂杂烷基、二价C1-20脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-20开链亚烯基、取代的C1-20亚环烷基、取代的C1-20亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烃基、取代的二价C1-20脂杂烷基、取代的二价C1-20脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z2更优选自C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-10开链亚烯基、取代的C1-10亚环烷基、取代的C1-10亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烷基、取代的二价C1-10脂杂烷基、取代的二价C1-10脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z2更优选自氰基、烷基、芳基、酯基、酰氨基、尿基、氨基甲酸酯基中的一种或多种取代的亚烷基、取代的C1-10开链亚烯基、取代的C1-10亚环烷基、取代的C1-10亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烷基、取代的二价C1-10脂杂烷基、取代的二价C1-10脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基,如此有利于Z2基团的解离及获得更强活性的自由基从而便于进一步的加成反应,获得更为优异的动态性能。
具体的,Z2选自但不仅限于氰基、甲基、乙基、丙基、异丙基、苯基、苄基、酯基、酰氨基、氨基甲酸酯基、尿基中的一种或多种取代的亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、亚癸基、亚十一烷基、亚十二烷基、亚十三烷基、亚十四烷基、亚十五烷基、亚十六烷基、亚十七烷基、亚十八烷基、亚十九烷基、亚二十烷基。
当Z1为O原子、S原子、Se原子、Si原子、C原子、N原子、P原子时,Z3为与Z1原子直接相连的二价连接基团;Z3的结构没有特别限制,包括但不仅限于单键、直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。其中,环状结构没有特别限制,可选自脂肪族环、芳香族环、糖环、缩合环,优选芳香族环;
Z3可以含有杂原子,也可以不含杂原子;
Z3的碳原子数没有特别限制,优选自1~20,更优选自1~10。
Z3选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。其中,取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
Z3优选自C1-20开链亚烷基、C1-20开链亚烯基、C1-20亚环烷基、C1-20亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-20脂杂烷基、二价C1-20脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-20开链亚烯基、取代的C1-20亚环烷基、取代的C1-20亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烃基、取代的二价C1-20脂杂烷基、取代的二价C1-20脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z3更优选自C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-10开链亚烯基、取代的C1-10亚环烷基、取代的C1-10亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烷基、取代的二价C1-10脂杂烷基、取代的二价C1-10脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
Z3更优选自具有吸电子效应的二价连接基团、吸电子效应取代基取代的二价连接基团,如此有利于提高C=S(Se)的活性,使其更容易受到活性自由基的进攻,获得更为快速的加成反应,从而获得强的动态可逆性。所述吸电子效应的二价连接基团包括但不仅限于二价酯基、二价酰氨基、二价羰基、二价芳基如二价苯基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。具有吸电子效应取代基取代的二价连接基团包括但不仅限于吸电子基团如羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、芳基、氰基、卤原子如氟原子中的一种或多种取代的C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C1-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
具体的,Z3选自吸电子效应的二价连接基团,包括但不仅限于二价酯基、二价酰氨基、二价羰基、二价苯基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基;吸电子效应取代基取代的二价连接基团,包括但不仅限于吸电子基团如羰基、醛基、硝基、酯基、磺酸基、酰氨基、芳基、氰基、卤原子如氟原子中的一种或多种取代的苯撑基、亚苄基、亚萘基、亚吡咯基、亚吡啶基。
本发明中所述的杂原子没有特别限定,包括但不仅限于O、S、N、P、Si、F、Cl、Br、I、B等。其中,杂原子的数量可以为一个,也可以为两个或两个以上。杂原子可以作为取代原子存在;也可以独立地作为二价连接基存在,举例如-O-(氧基或醚键)、-S-(硫基或硫醚键)、-N(R7)-(仲氨基或二价叔氨基)等。
此时,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键包括但不仅限于《Polymer ScienceA Comprehensive Reference》,2012:181-226文章中3.07.3.2节报导的二硫代羰基化合物及双硒酯基、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、二双硒酯基、双三硒代碳酸酯基、二硒代氨基甲酸酯基、二硒代碳酸酯基及其相应的衍生物基团。作为例子,可以举出如下结构,但本发明不仅限于此:
在本发明中,对于可以导入可逆加成断裂链转移动态共价键的化合物没有特别限制,优选含可逆加成断裂链转移动态共价键的二元醇、二元异氰酸酯、二元硫醇、二元环氧化合物、烯、炔、胺、羧酸等,更优选含可逆加成断裂链转移动态共价键的二元醇、二元异氰酸酯、烯、炔;对于导入可逆加成断裂链转移动态共价键的反应类型和方式等亦无特别限定,优选如下反应:异氰酸酯与氨基、羟基、巯基、羧基的反应,环氧与羟基、巯基、氨基的反应,巯基-双键/炔点击反应,双键自由基反应,更优选异氰酸酯与氨基、羟基、巯基、羧基的反应,巯基-双键/炔点击反应及双键自由基反应。
在本发明的实施方式中,所述动态共价交联基于至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键,指的是在动态共价交联网络骨架链中含有至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键。所述的可逆加成断裂链转移动态共价键除作为动态共价交联存在于动态聚合物杂化交联网络的聚合物骨架链上之外,还可以存在于杂化交联网络骨架链的侧基和/或侧链和/或支链和/或分叉链上及其进一步的侧基和/或侧链和/或支链和/或分叉链上,还可以存在于非交联的聚合物链主链和/或侧基和/或侧链和/或支链和/或分叉链上。其中只有杂化交联网络骨架上的可逆加成断裂链转移动态共价键才能构成动态共价交联。所述的可逆加成断裂链转移动态共价键在一定条件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可逆加成断裂链转移动态共价键都可以参与动态可逆交换。在任意两个含有可逆加成断裂链转移动态共价键的交联点之间骨架上的可逆加成断裂链转移动态共价键数量(占所有键的比例)没有限制,可以是一个或者多个,优选仅含有一个。仅含有一个时,动态聚合物结构更加规整,动态性更加可控。
其中,所述的“杂化交联网络聚合物骨架链”,指的是存在于交联网络骨架中的任意链段,其包括构成交联的无限三维网络骨架上的主链和交联链接;其中,聚合物链之间的交联链接可以为一个原子、一个单键、一个基团、一个链段、一个团簇等,因此聚合物链之间的交联链接也视为聚合物骨架链。其中,所述的“侧链”,指的是在杂化交联网络结构中以及非交联聚合物结构中同聚合物骨架链/主链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”指的是从聚合物骨架链或其他任意链分叉出来的分子量超过1000Da的链结构;为简单起见,本发明中杂化交联网络结构中以及非交联聚合物结构中的侧链、支链、分叉链,如非特别说明,则统一称为侧链。其中,所述的“侧基”,指的是在杂化交联网络结构中以及非交联聚合物结构中同聚合物骨架链/主链/侧链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。其中,所述的“端基”,指的是在杂化交联网络结构中以及非交联聚合物结构中同聚合物链相连接而位于链末端的化学基团;本发明中,特定情况下侧基也可以有端基。在非交联聚合物中,骨架链即为主链。为简单起见,交联网络骨架链和非交联聚合物主链可以统称为主链。对于超支化和树枝状链及其相关的链结构,其中的聚合物链可以视为支链,也可以视为主链,通常最外围的链视为支链。
在本发明的实施方式中,超分子氢键作用包含通过聚合物链侧基和/或侧链上带有的氢键基团(“侧氢键”基团)参与形成的氢键作用。所述侧链上带有的氢键基团包含侧链骨架上的氢键基团以及侧链侧基和侧链端基上的氢键基团(“侧链端基氢键”基团)。除所述侧氢键外,本发明中还可选地含有存在于聚合物交联网络骨架链和非交联聚合物主链骨架上的氢键基团 (“主链骨架氢键”基团)、其他聚合物链末端的氢键基团(“其他端基氢键”基团)、小分子上的氢键基团、无机/有机填料/成分上的氢键基团,但本发明不仅限于此。本发明对侧氢键基团的导入率没有特别的限制,平均每100个骨架重复单元接入侧氢键基团的数目优选自0.1 至200,更优选自1至100,更优选自10至60。在本发明中,优选侧氢键基团之间形成侧氢键,但不排除侧氢键基团与其他位置的氢键基团形成氢键,也不排除任意其他位置的氢键基团之间形成氢键。侧氢键基团形成的侧氢键通常运动性和迁移能力强,可以提供良好的动态性能,赋予聚合物超韧性和自修复、形状记忆等性能。在本发明中,任何一个网络中的氢键交联可以在任意交联程度,优选达到氢键交联的凝胶点以上。因为其中至少有一个动态共价交联网络的交联度达到共价交联的凝胶点以上,氢键交联是共价交联的补充,不管氢键交联的交联度如何,只要所述动态共价交联保持稳定,所述动态聚合物都可以保持平衡结构。
在本发明的实施方式中,优选所述的动态聚合物含有侧链骨架氢键基团、侧基氢键基团、侧链端基氢键基团中的至少一种。作为例子,在本发明的一种优选实施方式中,所述动态聚合物中仅含有侧链骨架氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物中仅含有侧基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物中仅含有侧链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物中仅含有侧链骨架氢键基团和侧基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物中仅含有侧链骨架氢键基团和侧链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物中仅含有侧基氢键基团和侧链端基氢键基团;在本发明的另一种优选实施方式中,所述动态聚合物中含有侧链骨架氢键基团、侧基氢键基团、侧链端基氢键基团;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,优选侧链骨架氢键基团、侧基氢键基团、侧链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。作为例子,在本发明的一种实施方式中,优选侧链骨架氢键基团之间形成链间交联;在本发明的另一种实施方式中,优选侧基氢键基团之间形成链间交联;在本发明的另一种实施方式中,优选侧链端基氢键基团之间形成链间交联;在本发明的另一种实施方式中,优选侧链骨架氢键基团与侧基氢键基团之间形成链间交联;在本发明的另一种实施方式中,优选侧链骨架氢键基团与侧链端基氢键基团之间形成链间交联;在本发明的另一种实施方式中,优选侧基氢键基团与侧链端基氢键基团之间形成链间交联;在本发明的另一种实施方式中,优选侧链骨架氢键基团、侧基氢键基团与侧链端基氢键基团之间形成链间交联;但本发明不仅限于此。
在本发明中,所述的超分子氢键作用,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;Z、Y选自O、N原子时,其所含化合物来源丰富、氢键易形成且动态性强。其中,所述的超分子氢键作用优选作为超分子聚合和/或交联和/或链内成环作用存在,也即氢键可以仅起到连接两个或两个以上链段单元起到增大聚合物链尺寸但未起到超分子交联作用,或氢键仅起到链间超分子交联,或仅起到链内成环作用,或是以上三种中任意两种或两种以上的组合。链内成环时,如果生成索环和/或轮环,则可以产生交联。本发明中不排除氢键作用起到接枝的作用。
在本发明的实施方式中,所述的氢键可以是任意齿数。其中,所述的齿数指的是由氢键基团的供体(H,也就是氢原子)和受体(Y,也就是接受氢原子的电负性原子)所形成的氢键数量,每个H…Y组合为一齿。在下式中,分别示意说明一齿、二齿和三齿氢键基团的氢键成键情况。
一齿、二齿和三齿氢键的成键情况可具体举例如下:
氢键的齿数越多,协同效应越大,氢键的强度就越大。在本发明的实施方式中,对氢键的齿数没有限定。如果氢键的齿数多,则强度大,那么氢键作用的动态性就弱,有利于为共价交联提供辅助,起到促进动态聚合物保持平衡结构和提高力学性能(模量和强度)的作用。如果氢键的齿数少,则强度低,氢键作用的动态性就强,可以与可逆加成断裂链转移动态共价键一起提供动态性能,如自修复性等。在本发明的实施方式中,优选不超过四齿的氢键作用,如此便于获得所需的动态性和所需的强度。
本发明的实施方式中,至少部分所述的侧氢键基团含有以下结构成分:
更优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,表示与聚合物链、交联链接或者其他任意合适的基团(包括氢原子)的连接。其他氢键基团可以是任意合适结构的基团。
在本发明中,所述侧基/端基上的氢键基团,优选含有以下结构成分中的至少一种:
其中,X为O原子或S原子,M可选自O原子、S原子、Si原子、C原子、N原子;
当M为O或S时,R9不存在;
当M为C、Si或N时,R9和R10可各自存在;
R9和R10存在时,各自独立地选自氢原子、取代原子、取代基;
选自取代原子时,R9和R10选自任一种卤素原子,优选氟原子;
选自取代基时,R9和R10的碳原子数没有特别限制,可以是聚合物链,优选碳原子数为1~ 20,更优选自1~10;
选自取代基时,R9和R10的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支化结构或环状结构,优选直链结构或脂肪族环状结构,以降低空间位阻效应,促进氢键形成;
选自取代基时,R9和R10可以含有杂原子,也可以不含杂原子。
R9和R10选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。其中,R9和R10中的取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
R9和R10更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20不饱和脂肪烃基、芳基、芳烃基、C1-20杂烃基、C1-20烃基氧基酰基、C1-20烃基硫基酰基、C1-20烃基氨基酰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。其中,R9和R10中的酰基没有特别限制。R9和R10中的酰基更优选自碳酰基或硫代碳酰基。
R9和R10更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20烯基、芳基、芳烃基、C1-20脂杂烃基、杂芳基、杂芳烃基、C1-20烷氧基酰基、芳基氧基酰基、C1-20烷基硫基酰基、芳基硫基酰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。
具体地,R9和R10选自包括但不仅限于氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、烯丙基、丙烯基、乙烯基、苯基、甲基苯基、丁基苯基、苄基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、甲硫基羰基、乙硫基羰基、苯硫基羰基、苄硫基羰基、乙氨基羰基、苄氨基羰基、甲氧基硫代羰基、乙氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、甲硫基硫代羰基、乙硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、乙氨基硫代羰基、苄氨基硫代羰基、取代的C1-20烷基、取代的C1-20烯基、取代的芳基、取代的芳烃基、取代的C1-20脂杂烃基、取代的杂芳基、取代的杂芳烃基、取代的C1-20烷氧基羰基、取代的芳基氧基羰基、取代的C1-20烷基硫基羰基、取代的芳基硫基羰基取代的C1-20烷氧基硫代羰基、取代的芳基氧基硫代羰基、取代的C1-20烷基硫基硫代羰基、取代的芳基硫基硫代羰基等中任一种原子或基团。其中,丁基包括但不仅限于正丁基、叔丁基。辛基包括但不仅限于正辛基、 2-乙基己基。其中,取代原子或取代基选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
其中,L1和L2均为二价连接基团,G为末端封端基团或链段。
L1和L2的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。其中,环状结构没有特别限制,可选自脂肪族环、芳香族环、糖环、缩合环,优选脂肪族环;
L1和L2可以含有杂原子,也可以不含杂原子;
L1和L2的碳原子数均没有特别限制,优选自1~20,更优选自1~10。
L1和L2选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基中任一种二价连接基或任两种或任三种的组合形成的二价连接基。其中,取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
L1和L2优选自C1-20开链亚烷基、C1-20开链亚烯基、C1-20亚环烷基、C1-20亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-20脂杂烷基、二价C1-20脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-20开链亚烯基、取代的C1-20亚环烷基、取代的C1-20亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烃基、取代的二价C1-20脂杂烷基、取代的二价C1-20脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
L1和L2更优选自C1-10开链亚烷基、C1-10开链亚烯基、C3-10亚环烷基、C1-10亚环烯烃基、亚芳基、亚芳烃基、二价C1-10脂杂烷基、二价C1-10脂杂烯基、二价杂芳基、二价杂芳烃基、取代的亚烷基、取代的C1-10开链亚烯基、取代的C1-10亚环烷基、取代的C1-10亚环烯烃基、取代的亚芳基、取代的亚芳烷基、取代的二价C1-10脂杂烷基、取代的二价C1-10脂杂烯基、取代的二价杂芳基、取代的二价杂芳烃基中任一种二价连接基,任两种的组合,或任三种的组合形成的二价连接基。
具体地,L1和L2选自亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、亚癸基、1,2-亚苯基、亚苄基、C1-20氧杂亚烷基、C1-20硫杂亚烷基、C1-20氮杂亚烷基、氮杂芳烃基中任一种基团、任一种基团的被取代形式,任两种或任两种以上相同或不同的基团或其被取代形式的组合。其中,取代原子或取代基选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
L1和L2更优选单键、亚甲基、1,2-亚乙基、1,3-亚丙基。
G的结构没有特别限制,包括但不仅限于直链结构、含侧基的支链结构或环状结构。其中,环状结构没有特别限制,可选自脂肪族环、芳香族环、糖环、缩合环,优选脂肪族环。
G可以含有杂原子,也可以不含杂原子。
G的碳原子数均没有特别限制,优选自1~20,更优选自1~10。
G选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基或取代的杂烃基。其中,G中的取代原子或取代基没有特别限制,选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
G更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20不饱和脂肪烃基、芳基、芳烃基、C1-20杂烃基、C1-20烃基氧基酰基、C1-20烃基硫基酰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。
G更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20烯基、芳基、芳烃基、C1-20脂杂烃基、杂芳基、杂芳烃基、C1-20烷氧基酰基、芳基氧基酰基、C1-20烷基硫基酰基、芳基硫基酰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。
G更优选自氢原子、卤素原子、C1-20烷基、C1-20烯基、芳基、芳烃基、C1-20脂杂烃基、杂芳基、杂芳烃基、C1-20烷氧基羰基、芳基氧基羰基、C1-20烷基硫基羰基、芳基硫基羰基、 C1-20烷氧基硫代羰基、芳基氧基硫代羰基、C1-20烷基硫基硫代羰基、芳基硫基硫代羰基中任一种原子或基团,或任一种基团的被取代形式。
具体地,G选自包括但不仅限于氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、烯丙基、丙烯基、乙烯基、苯基、甲基苯基、丁基苯基、苄基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、甲硫基羰基、乙硫基羰基、苯硫基羰基、苄硫基羰基、乙氨基羰基、苄氨基羰基、甲氧基硫代羰基、乙氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、甲硫基硫代羰基、乙硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、取代的C1-20烷基、取代的C1-20烯基、取代的芳基、取代的芳烃基、取代的C1-20脂杂烃基、取代的杂芳基、取代的杂芳烃基、取代的C1-20烷氧基羰基、取代的芳基氧基羰基、取代的C1-20烷基硫基羰基、取代的芳基硫基羰基、取代的C1-20烷氧基硫代羰基、取代的芳基氧基硫代羰基、取代的C1-20烷基硫基硫代羰基、取代的芳基硫基硫代羰基等中任一种原子或基团。其中,丁基包括但不仅限于正丁基、叔丁基。辛基包括但不仅限于正辛基、2-乙基己基。其中,取代原子或取代基选自卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种。
G进一步优选自氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、烯丙基、苄基、三苯甲基、苯基、苄基、甲基苄基、硝基苄基、叔丁基硫基、苄基硫基、2-吡啶基硫基、乙酰基、苯甲酰基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、叔丁基氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、甲硫基羰基、乙硫基羰基、叔丁基硫基羰基、苯硫基羰基、苄硫基羰基、乙基硫代羰基、苯基甲硫代羰基、甲氧基硫代羰基、乙氧基硫代羰基、叔丁基氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、甲硫基硫代羰基、乙硫基硫代羰基、叔丁基硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、C1-10卤代烃基、三氟乙酰基、卤代苯基、卤代苄基、硝基苯基、硝基苄基等中任一种基团或任一种基团的被取代形式。其中,取代原子或取代基优选自氟原子、烷氧基或硝基。
G更优选自氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、苄基、三苯甲基、苯基、苄基、甲基苄基、叔丁基硫基、苄基硫基、2-吡啶基硫基、2-吡啶基羰基、叔丁基氧基羰基、苯氧基羰基、苄氧基羰基、叔丁基氧基硫代羰基、苯氧基硫代羰基、苄氧基硫代羰基、叔丁基硫基硫代羰基、苯硫基硫代羰基、苄硫基硫代羰基、三氟乙酰基等中任一种基团。
G更优选自氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、苄基、三苯甲基、苯基、苄基、甲基苄基、叔丁基硫基、苄基硫基、2-吡啶基硫基等中任一种基团。
G最优选自氢原子、甲基、乙基、正丙基、正丁基。
R9、R10、L1、L2、G任意两个或者多个之间可以成环。
更具体地,合适的侧基和端基上的氢键基团举例如(但本发明不仅限于此):
其中,m、n为重复单元的数量,可以是固定值,也可以是平均值,优选小于20,更优选小于5。
在本发明中,所述聚合物链侧链骨架上的侧氢键基团,其优选具有如结构通式(6)、(7) 中的至少一种,此时其中G为封端基团或链段。侧氢键基团和端基氢键基团通常空间自由度更高,迁移能力更强,更加有利于获得超分子动态性。
在本发明中,所述骨架氢键基团(包括侧链/支链/分叉链骨架上的氢键基团),其中至少部分原子是聚合物链骨架的组成部分。合适的骨架氢键基团举例如(但本发明不仅限于此):
在本发明的实施方式中,形成氢键作用的氢键基团既可以是不同氢键基团间的互补型组合,也可以是同种氢键基团间的自互补型组合,只要基团间能够形成合适的氢键作用即可。一些氢键基团的组合可以举例如下,但本发明不仅限于此:
在本发明中,同一种动态聚合物中可以含有一种或一种以上的氢键基团,同一个交联网络中也可以含有一种或一种以上的氢键基团,也即动态聚合物中可以含有一种氢键基团或多种氢键基团的组合。所述的氢键基团,可以通过任意合适的化学反应形成,例如通过羧基、酰卤基团、酸酐基团、酯基、酰胺基、异氰酸酯基团与氨基之间的共价反应形成;通过异氰酸酯基团与羟基、巯基、羧基之间的共价反应形成;通过琥珀酰亚胺酯基团与氨基、羟基、巯基之间的共价反应形成。
在本发明中,所述骨架氢键基团可以是在聚合物聚合/交联过程中生成,也即通过形成所述氢键基团而产生聚合/交联;也可以是预先生成再进行聚合/交联;优选在聚合物聚合/交联过程中生成,在聚合/交联过程中生成骨架氢键基团能够简化合成工艺,具有更好的可操作性。所述侧氢键基团可以在聚合/交联之前、之后或过程中生成,之前或者之后生成的数量可以比较自由地控制。
在本发明的实施方式中,所述杂化交联网络的侧基/端基上还选择性地含有前述优选的氢键基团以外的其他的氢键基团,包括但不仅限于羟基、巯基、羧基。在本发明中,此类其他氢键基团的含量优选低于氢键基团总含量的50mol%,更优选低于20mol%,进一步优选低于 5mol%。
在本发明的实施方式中,超分子氢键作用除了通过动态交联网络上的侧氢键基团之间形成氢键作用外,还可以通过所述侧氢键基团与作为添加物引入交联网络中的其他组分上的氢键基团形成氢键作用。此类可以参与形成氢键作用的其他组分包括但不仅限于小分子、聚合物、无机材料,其中所含的氢键基团可以是任意可以与所述侧氢键基团形成不超过四齿氢键的基团。作为举例,可以包括但不仅限于前述所述的氢键基团,以及巯基、氨基、羧基及其衍生物基。此类其他组分之间也可以形成氢键,但优选形成不超过四齿氢键。此类材料可以是共价交联的颗粒或者团簇,但不与本发明的杂化交联网络中的动态共价交联形成共价交联互穿网络。其中的聚合物可以是线型、环状、树枝状、超支化、团簇等结构。
在本发明的实施方式中,用于连接动态共价键和/或氢键基团的连接基可以选自杂原子连接基、分子量不超过1000Da的二价或多价小分子烃基、分子量大于1000Da的二价或多价聚合物链残基、分子量不超过1000Da的二价或多价无机小分子链残基、分子量大于1000Da 的二价或多价无机大分子链残基中的任一种或任几种。
其中,所述的杂原子连接基,其可以是任意合适的含有杂原子的连接基团,其可选自以下任一种或任几种的组合:醚基、硫基、羰基、砜基、酰胺基、碳酸酯基、氨基甲酸酯基、脲基、二价胺基、三价胺基、二价硅基、三价硅基、四价硅基、二价磷基、三价磷基、二价硼基、三价硼基。
其中,所述的分子量不超过1000Da的小分子烃基,其一般含有1到71个碳原子,其可含有杂原子基团,也可不含有杂原子基团。概括地讲,所述的小分子烃基可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:C1-71烷基、环C3-71烷基、苯基、苄基、芳烃基;小分子烃基优选为甲基、乙基、丙基、丙烯、丁基、丁烯、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、环己基、苯基;更优选为甲基、乙基、丙基、苯基。其中,小分子烃基也可选自液晶链段。
其中,所述的分子量大于1000Da的聚合物链残基,其可为任意合适的聚合物链残基,包括但不仅限于碳链聚合物残基、碳杂链聚合物残基、元素有机聚合物残基及其组合。其中,聚合物可为均聚物,也可为任几种单体、低聚物或聚合物组成的共聚物;聚合物链可为柔性链,也可为刚性链。
其中,所述的碳链聚合物残基,其可以是任意合适的大分子主链主要由碳原子构成的聚合物残基,其可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:聚烯烃类链残基,如聚乙烯链残基、聚丙烯链残基、聚异丁烯链残基、聚苯乙烯链残基、聚氯乙烯链残基、聚偏氯乙烯链残基、聚氟乙烯链残基、聚四氟乙烯链残基、聚三氟氯乙烯链残基、聚醋酸乙烯酯链残基、聚乙烯基烷基醚链残基、聚丁二烯链残基、聚异戊二烯链残基、聚氯丁二烯链残基、聚降冰片烯链残基、聚乙烯醇残基等;聚丙烯酸类链残基,如聚丙烯酸链残基、聚丙烯酰胺链残基、聚丙烯酸甲酯链残基、聚甲基丙烯酸甲酯链残基等;聚丙烯腈类链残基,如聚丙烯腈链残基等;优选聚乙烯链残基、聚丙烯链残基、聚苯乙烯链残基、聚氯乙烯链残基、聚丁二烯链残基、聚异戊二烯链残基、聚丙烯酸链残基、聚丙烯酰胺链残基、聚丙烯腈链残基。
所述的碳杂链聚合物残基,其可以是任意合适的大分子主链主要由碳原子和氮、氧、硫等杂原子构成的聚合物残基,其可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:聚醚类链残基,如聚环氧乙烷链残基、聚环氧丙烷链残基、聚四氢呋喃链残基、环氧树脂链残基、酚醛树脂链残基、聚苯醚链残基等;聚酯类链残基,如聚己内酯链残基、聚戊内酯链残基、聚丙交酯链残基、聚对苯二甲酸乙二醇酯链残基、不饱和聚酯链残基、醇酸树脂链残基、聚碳酸酯链残基、生物聚酯链残基、液晶聚酯链残基等;聚胺类链残基,如聚酰胺链残基、聚酰亚胺链残基、聚氨酯链残基、聚脲链残基、聚硫代氨基甲酸酯链残基、脲醛树脂链残基、蜜胺树脂链残基、液晶聚合物链残基等;聚硫类链残基,如聚砜链残基、聚苯硫醚链残基等;优选聚环氧乙烷链残基、聚四氢呋喃链残基、环氧树脂链残基、聚己内酯链残基、聚丙交酯链残基、聚酰胺链残基、聚氨酯链残基、聚脲链残基。
所述的元素有机聚合物残基,其可以是任意合适的大分子主链主要由硅、硼、铝等无机元素杂原子和可选的氮、氧、硫、磷等杂原子构成的聚合物残基,其可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:有机硅类聚合物链残基,如聚有机硅烷链残基、聚有机硅氧烷链残基、聚有机硅硼烷链残基、聚有机硅氮烷链残基、聚有机硅硫烷链残基、聚有机磷硅氧烷链残基、聚有机金属硅氧烷链残基;有机硼类聚合物链残基,如聚有机硼烷链残基、聚有机硼氮烷链残基、聚有机硼硫烷链残基、聚有机硼磷烷链残基等;有机磷类聚合物链残基;有机铅类聚合物链残基;有机锡类聚合物链残基;有机砷类聚合物链残基;有机锑类聚合物链残基;优选聚有机硅烷链残基、聚有机硅氧烷链残基、聚有机硼烷链残基。
所述的分子量不超过1000Da的无机小分子链残基,其可以是任意合适的分子主链和侧链均主要由硅、硼、铝等无机元素杂原子和氮、氧、硫、磷等杂原子构成的无机小分子链残基,概括地讲,所述的无机小分子链残基可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式:硅烷链残基、硅氧化合物链残基、硫硅化合物链残基、硫氮化合物链残基、磷腈化合物链残基、磷氧化合物链残基、硼烷链残基、硼氧化合物链残基;优选硅烷链残基、硅氧化合物链残基、磷腈化合物链残基、硼烷链残基。
所述的分子量大于1000Da的无机大分子链残基,其可以是任意合适的大分子主链和侧链均主要由硅、硼、铝等无机元素杂原子和氮、氧、硫、磷等杂原子构成的无机大分子链残基,其可选自以下组中任一种、任一种的不饱和形式、任一种的被取代形式、任一种的被杂化形式及其组合:聚硅烷链残基、聚硅氧烷链残基、聚硫硅链残基、聚硫氮链残基、聚磷酸链残基、聚磷腈链残基、聚氯代磷腈链残基、聚硼烷链残基;优选聚硅烷链残基、聚硅氧烷链残基、聚磷腈链残基、聚硼烷链残基。
对于用于连接动态共价键和/或氢键基团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。在本发明中,甚至不排除使用交联的聚合物颗粒进行进一步聚合/交联等反应和连接。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。
在本发明中,所述的动态聚合物在一般情况下具有良好的结构稳定性,在某些特定的条件下能够促进可逆加成断裂链转移动态共价键的解离或者交换或者重新形成,表现出良好的动态可逆性,具有优异的自修复等动态性能。这些特定条件包括温度控制、光照、辐射、等离子体及微波等。所述的动态聚合物可以直接通过加热、光照、辐射、等离子体及微波促进可逆加成断裂链转移动态共价键的解离及交换,从而获得自修复性等动态特性;例如直接通过UV光照促进三硫代碳酸酯键的交换而获得自修复性;而且为了获得更快速的动态性不排除可以使用这些特定条件的两种或更多种的组合,如加热和光照同时作用获得更快的自修复性能等。也可以通过在体系中加入引发剂,然后在加热、光照、辐射、等离子体及微波下产生自由基,促进可逆加成断裂链转移动态共价键的解离和交换,获得自修复性等动态特性。本发明所述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。本发明所述的辐射包括但不仅限于高能电离射线如α射线、β射线、γ射线、x射线、电子束。本发明所述的等离子体指的是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。本发明所述的微波是指频率为300MHz~300GHz的电磁波。
在本发明的一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物只含有一个网络(第一种网络结构),其特征在于,此交联网络中含有动态共价交联和超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上。本实施方式中,含有可逆加成断裂链转移动态共价键的动态共价交联用于提供平衡结构和共价动态性;侧氢键基团形成的氢键交联提供额外的交联和超分子动态性。利用一个网络结构融合两种交联作用,以最简单的结构达到杂化动态的效果。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成(第二种网络结构),其特征在于,第1网络中含有动态共价交联且动态共价交联达到其凝胶点以上,其中不含有任何氢键基团;第2网络中不含共价交联但含有超分子氢键交联;该网络结构中,通过第1网络中的动态共价交联保持平衡结构和其中的动态共价键提供共价动态性,通过第 2网络中的超分子氢键交联提供超分子动态性。两个网络之间相对独立,能够较好地获得正交的效果。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成(第三种网络结构),其特征在于,第1网络中含有动态共价交联且动态共价交联达到其凝胶点以上,其中不含有任何氢键基团;第2网络为所述第一种网络。该网络结构中,通过第1网络和第 2网络中的动态共价交联保持平衡结构和其中的动态共价键提供共价动态性;通过第2网络中的超分子氢键交联提供超分子动态性。优选两个网络之间的动态共价键不可发生相互的交换。通过两个动态共价网络提供更好地共价稳定性,并提供正交的动态共价性,方便调节动态共价网络的结构和力学性能,与氢键作用一起可以非常方便地获得多样性的优异效果。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成(第四种网络结构),其特征在于,第1网络为所述第一种网络结构;第2网络中不含共价交联但含有超分子氢键交联;第1网络和第2网络之间的氢键基团可选地可以互相形成氢键。该网络结构中,通过第1网络中的动态共价交联保持平衡结构和其中的动态共价键提供共价动态性;通过第1和第2网络中的超分子氢键交联提供超分子动态性。通过两氢键交联网络可以获得多样性的超分子动态性。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成(第五种网络结构),其特征在于,第1网络和第2网络均为第一种网络所述的结构,但上所述第1 和第2网络不相同。这种不相同,可以举例例如,聚合物链主体结构不同、动态共价交联的交联密度不同、可逆加成断裂链转移动态共价键不同、聚合物链侧基的组成不同、聚合物链侧基上的氢键基团不同等。该实施方式中,通过调节第1网络和/或第2网络的结构,可以达到精确控制动态聚合物性能的目的。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物只含有一个网络(第六种网络结构),其特征在于,此交联网络中含有动态共价交联和可选的超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上,在动态共价交联网络中分散有超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物。该网络结构中,动态共价交联可以保持平衡结构,在特定的条件下,动态共价交联也可提供动态性;超分子交联提供动态性,分散在其中的超分子聚合物提供补充动态性,特别是应变响应性。
在本发明的另一个实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物动态聚合物只有一个交联网络(第七种网络结构),其特征在于,此交联网络含有动态共价交联和可选的超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上;在动态共价交联网络中分散有超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物颗粒。该网络结构中,动态共价交联可以保持平衡结构,在特定的条件下,动态共价交联也可提供动态性;超分子交联提供动态性,超分子聚合物颗粒提供填充和补充动态性,并在应变响应时可以获得局部的粘度和强度增加。
除上述七种杂化网络结构的实施方式外,本发明还可以有其他多种多样的杂化网络结构实施方式,一个实施方式中可以包含三个或其以上相同或不相同的网络,同一个网络中可以包含不同的动态共价交联和/或不同的超分子氢键作用,其中包括可选的骨架氢键基团参与的氢键作用。特殊情况下,动态共价交联网络内的侧氢键基团本身不能互相形成氢键,需要与额外添加入的其他成分形成氢键。可逆加成断裂链转移动态共价键用于提供共价动态性能,使得动态聚合物体现出自修复、可塑性等动态性;侧氢键基团以及可选的骨架氢键基团形成的氢键作用一方面作为可逆的物理交联为聚合物提供额外的强度,一方面又可以利用其良好的动态性能,赋予超韧性、自修复、形状记忆等性能。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,优选先形成所述的动态共价键,再通过普通共价键交联反应形成所述动态共价交联网络。所述普通共价交联反应,其工艺原则上可以是任意合适的普通共价交联手段。一般指两种方式,先合成线型或支化型的预聚物,然后进行链间交联反应;或者从单体出发,一次性用低分子量的单体分子达到交联。本发明的实施方式中,所述的普通共价交联反应可以采用任意合适的反应,包括但不仅限于以下类型:异氰酸酯与氨基、羟基、巯基、羧基、环氧基的反应,丙烯酸酯自由基反应,双键自由基反应,环氧与氨基、羟基,酚醛反应,叠氮-炔点击反应,巯基-双键/炔点击反应,四嗪-降冰片烯反应,活性酯与氨基、羟基、巯基的反应,硅羟基缩合反应;优选异氰酸酯与氨基、羟基、巯基的反应,丙烯酸酯自由基反应,双键自由基反应,环氧基与氨基、羟基的反应,巯基-双键/炔点击反应。在任何一个动态共价交联网络结构中,普通共价交联反应可以有一个或以上的反应类型、反应手段和结构。
本发明的实施方式中,氢键基团的生成或引入,可以在共价交联之前、之后或者过程中进行。优选在交联之前或者过程中进行,更优选在交联之前进行。因为共价交联之后进行的话,一般必须将有关试剂通过溶胀的方式加入,工艺复杂且效果不佳。当采用聚合物预聚体或先交联再生成所述氢键基团时,聚合物链上必须含有可引入所述氢键基团的活性点,作为实例包括但不限于氨基、羟基、羧基、醛基、巯基、异氰酸酯基、环氧基、酸酐、碳碳双键、马来酰亚胺、碳碳三键、叠氮基、腈基、肼、四嗪、琥珀酰亚胺酯。氢键基团的生成或引入可以采用任意合适的反应,包括但不仅限于以下类型:异氰酸酯与氨基、羟基、巯基、羧基的反应,丙烯酸酯自由基反应,双键自由基反应,环氧与氨基、羟基、巯基的反应,叠氮- 炔点击反应,巯基-双键/炔点击反应,尿素-胺的反应,酰胺化反应,四嗪-降冰片烯反应,活性酯与氨基、羟基、巯基的反应,硅羟基缩合反应;优选异氰酸酯与氨基、羟基、巯基的反应,尿素-胺的反应,酰胺化反应,活性酯与氨基、羟基、巯基的反应;更优选异氰酸酯与氨基、羟基、巯基的反应。聚合物链侧基的超分子交联可以有一个或以上的反应类型、反应手段和结构。
以下针对本发明的网络结构的部分制备方法的实施方式进行举例说明。
在本发明的第一种网络结构中,所述杂化交联网络中含有动态共价交联和超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上。
本发明的实施方式中,一种杂化交联网络动态聚合物的制备方法是采用先合成侧基含有氢键基团的单体,然后将侧基含有氢键基团的单体与含有所述可逆加成断裂链转移动态共价键的活性单体和/或其他活性单体和/或交联剂直接聚合成为所述的第一种网络的杂化交联动态聚合物。作为例子但不限于下列所举,比如,含有侧氢键基团(下述结构式中记为RH,RH形成的氢键不超过四齿)的双烯单体和结构中带有可逆加成断裂链转移动态共价键(下述结构式中记为RF)的双烯活性单体及交联剂作用可以聚合/交联形成本发明中的第一种网络结构。通过控制含有侧氢键基团的双烯单体和结构中带有可逆加成断裂链转移动态共价键的双烯活性单体及交联剂的配方比例,使网络中的动态共价交联达到共价凝胶点以上,侧基上带有氢键基团。
再如,先形成骨架和侧基含有氢键基因的预聚物,然后再通过含有所述可逆加成断裂链转移动态共价键的交联剂交联形成所述的第一种网络的杂化交联动态聚合物。
再比如,先合成侧基带有氢键基团的单烯活性单体,然后与含可逆加成断裂链转移动态共价键的双烯活性单体在引发剂的作用下直接通过自由基聚合形成第一种网络的杂化交联动态聚合物。
本发明中的其他网络结构的实施方式与此类似,本领域技术人员可以根据对本发明的理解,选择合适的制备手段,达到理想的目的。
本发明的具有杂化交联网络结构的动态聚合物,当网络结构为含有两个或两个以上网络的多网络结构时,除普通的共混分散外,更优选的是由两个或两个以上聚合物网络相互贯穿缠结形成的互穿网络。互穿网络聚合物结构由于网络组分间的协同作用使其性能明显优于其组分的单网络聚合物,产生比单一网络更高的韧性等力学性能,特别是基于本发明的设计思路引入氢键交联的情况下。
在本发明中,根据组成互穿网络中聚合物组分交联情况可将其分为两类,半互穿和全互穿。在半互穿中只有一种组分是共价交联的,另一组份以非共价交联分子链形式穿插缠结在共价交联组分中。
传统的互穿网络聚合物制备方法通常包括一步法互穿和两步法互穿。一步法即一次性将所有成分加入,然后进行聚合/交联,制备目标网络。两步法即先制备第一网络聚合物,紧接着将其浸泡在形成第二网络的单体/预聚物溶液中,然后引发聚合/交联得到目标杂化网络。本发明中的具有杂化交联网络动态聚合物的制备也可以采用一步法互穿和两步法互穿,在特定情况下还必须采用三步及其以上的方法。
以下针对本发明的互穿网络聚合物的部分制备方法的实施方式进行举例说明。
例如,在本发明的第二种网络结构中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成。第1网络中含有动态共价交联且动态共价交联达到共价凝胶点以上,其中不含有任何氢键基团;第2网络中不含共价交联但含有超分子氢键交联。首先,制备一种不含所述可逆加成断裂链转移动态共价键,但聚合物链的侧基和/或侧链上含有氢键基团的线型聚合物作为第2网络。然后,在制备第1网络时,先将第2网络和第1网络的单体、交联剂等混合均匀,再通过上述共价交联手段进行共价交联,从而得到第1网络和第2网络的半互穿网络聚合物,也即第2网络分散于第1网络中。也可以先形成第1网络,然后把第2网络通过溶胀(可借助溶剂)与第1网络进行复合。
例如,在本发明的第五种网络结构中,所述杂化交联网络的动态聚合物由两个网络构成。第1网络和第2网络中均含有动态共价交联和超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上。首先,通过上述共价交联手段制备出第1网络或第1网络的预聚物。然后,在制备第2网络时,先将第1网络或第1网络的预聚物和第2网络的单体、交联剂等混合均匀,再通过上述共价交联手段进行共价交联,从而得到第1网络和第2网络的全互穿网络聚合物。在此制备方法中,优选第1网络的共价凝胶点为凝胶点以上的轻度交联,这样利于第2网络的互穿效果。
在本发明的实施方式中,所述杂化交联网络的动态聚合物,其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。
在本发明的实施方式中,所述的杂化交联网络的动态聚合物,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。对于所述杂化交联网络的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,超分子氢键的存在,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,杂化交联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,所述杂化交联网络的动态聚合物或其组成的形态可以是普通固体、弹性体、凝胶(包括有机凝胶、齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、离子液体溶胀凝胶)、泡沫等,其中,普通固体和泡沫中含有的可溶解小分子量成分含量一般不高于10wt%,而凝胶中含有的小分子量成分含量一般不低于50wt%。作为普通固体时,其通常具有更加优异的结构稳定性、机械性能、耐老化等性能,还可以通过对所述动态聚合物的结构进行调节获得一系列力学性能可调(从柔软到刚硬)的动态聚合物,应用范围广泛。作为弹性体,其通常较一般固体更为柔软,可以在较小的应力作用下发生较为显著的形变,这利于其获得较好的自修复性,特别是基于本发明的可逆加成断裂链转移动态共价键在一定条件下的强动态性。作为凝胶,其通常非常柔软,这使得其在自修复方面具有得天独厚的优势,特别是基于本发明的可逆加成断裂链转移动态共价键在一定条件下的强动态性。作为泡沫材料时,其一方面有利于降低材料的表观密度,另一方面能够获得保温隔热等性能。基于以上的特点,本发明所述的动态聚合物或其组成的形态优选普通固体、弹性体、凝胶(包括齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、离子液体溶胀凝胶)及泡沫。
在本发明的实施方式中,当采用有机溶剂来制备凝胶时,所制备的凝胶为有机凝胶。离子液体、齐聚物和增塑剂溶胀的凝胶亦可称为有机凝胶。
在本发明的实施方式中,制备动态聚合物发泡材料的发泡方法根据所用发泡剂的不同可以分为物理发泡法和化学发泡法两大类。
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,先混合填充可发泡颗粒,在成型或混合过程中使可发泡颗粒发泡以活动发泡的聚合物材料;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。采用物理发泡法,具有操作中毒性较小,发泡原料成本较低,发泡剂无残留体等优点。此外,还可以采用冷冻干燥法制备。
其中,所述的化学发泡法,是在动态聚合物发泡过程中伴随着化学反应,产生气体而发泡的方法,其包括但不仅限于以下两种方法:(1)热分解型发泡剂发泡法,即利用化学发泡剂加热后分解放出的气体进行发泡。(2)聚合物组分间相互作用产生气体的发泡法,即利用发泡体系中的两个或多个组分之间发生的化学反应,生成惰性气体(如二氧化碳或氮气)致使聚合物膨胀而发泡。发泡过程中为控制聚合反应和发泡反应平衡进行,为保证制品有较好的质量,一般加入少量催化剂和泡沫稳定剂(或表面活性剂)。其中,优选利用在聚合物中添加化学发泡剂的方法进行发泡。
在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、半开半闭结构等三种。开孔结构中,泡孔与泡孔之间互相连通,或完全连通,单维或三维都能通过气体或液体,泡孔径为0.01~3mm不等。闭孔结构,具有独立泡孔结构,内部泡孔与泡孔之间有壁膜隔开,绝大多数都不相互连通,泡孔径为0.01~3mm不等。所含有的泡孔既有相互连通又有互不连通的结构则为半开孔结构。
在本发明的实施方式中,泡沫动态聚合物按照其硬度分类,可分为软质、硬质和半硬质三类:
(1)软质泡沫,在23℃和50%的相对湿度下,泡沫塑料的弹性模量小于70MPa。
(2)硬质泡沫,在23℃和50%的相对湿度下,弹性模量大于700MPa。
(3)半硬质(或半软质)泡沫,介于以上两类之间的泡沫体,其弹性模量介于70MPa和700MPa 之间。
本发明所提供的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,可以用于制备多种交联动态聚合物材料,包括但不仅限于聚氨酯、聚尿、聚烯烃、聚丙烯酸酯、环氧树脂、醇酸树脂、聚酰胺树脂、酚醛树脂及氨基树脂等。鉴于聚氨酯优异的性能和简便的制备工艺,本发明优选具有杂化交联网络的聚氨酯基动态聚合物,特别是优选作为聚氨酯基动态聚合物泡沫材料的基体。
在本发明的实施方式中,聚氨酯动态聚合物优选采用多元醇化合物、多元胺化合物、多元巯基化合物进行制备。
本发明中,多元醇化合物包括小分子、低聚物和高分子多元醇。对于连接多个醇基元的基团并无特别限定。
在本发明的实施方式中,作为其具体例子,可以列举出小分子多元醇包括但不仅限于,乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、一缩二乙二醇、二缩二乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷(TMP)、甘油、季戊四醇、木糖醇、山梨醇等。
在本发明的实施方式,作为其具体例子,可以列举出低聚物和高分子多元醇包括但不仅限于,聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚有机硅多元醇、聚砜多元醇、植物油多元醇和其他聚合物多元醇等,还包括其共聚物和改性物形式。低聚物和高分子多元醇除采用所熟知的聚合方法进行合成外,还可以通过铜催化的叠氮-炔加成、巯基- 烯加成、巯基-炔加成、四嗪-降冰片烯反应等加成或缩合等反应制备。
作为聚酯多元醇,可以是由有机二元羧酸(酸酐或酯)与多元醇(包括二元醇)缩合(或酯交换)或由内酯与多元醇聚合而成。
针对本发明,合成软质聚氨酯泡沫塑料所用聚酯多元醇,优选自相对分子质量较低的线性或轻度支化的端羟基饱和聚酯多元醇。合成硬质聚氨酯泡沫塑料所用的聚酯多元醇,则优选自芳香族聚酯多元醇。芳香族聚酯多元醇是由苯酐与二元醇或者三元醇(EG、PG、DEG、 DPG、TMP、NPG、MPD、BDO、HDO)聚合得到的聚酯多元醇,由于分子中含有苯环刚性基团,可以起到增强作用。
作为聚醚多元醇,是由含活性氢基团的化合物与环氧化物在催化剂存在下经加聚反应制得。含活性氢基团的化合物,可以列举例如,丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、乙二胺季戊四醇、木糖醇、三乙烯二胺、山梨醇、蔗糖、双酚A、双酚S、三(2-羟乙基)异氰酸酯、甲苯二胺等。环氧化物,可以列举例如,环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)、环氧丁烷(BO)、环氧氯丙烷(ECH)、四氢呋喃(THF)等。
作为聚烯烃多元醇,可以列举例如,端羟基聚乙烯、端羟基聚丙烯、聚丁二烯多元醇、端羟基聚丁二烯-丙烯腈、端羟基丁苯液体橡胶、氢化端羟基聚丁二烯、端羟基聚异戊二烯、氢化端羟基聚异戊二烯、聚苯乙烯-烯丙醇共聚物多元醇等。
作为聚碳酸酯多元醇(简称PCDL),一般采用小分子二元醇和小分子碳酸酯在催化剂的存在下进行酯交换反应,最后减压抽出小分子物质,即得到聚碳酸酯二醇。小分子二元醇,可以列举例如,1,6-己二醇、1,4-丁二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,5-戊二醇、3-甲基戊二醇等。小分子碳酸酯,可以列举例如,碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二苯酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等。
聚有机硅氧烷是一类以Si-O-Si为主链,Si原子上连接有机基团的高分子化合物。其结构通式为:(RnSO(4-n)/2)m。其中,R为有机基团,如甲基,乙基,苯基,乙烯基等;n为硅原子上连接的有机基团数(1~3);m为聚合度。聚有机硅多元醇,可以列举例如,二氯硅烷水解生成硅醇,然后脱水缩聚可得到羟基封端的线型聚有机硅二元醇。针对本发明,所选聚有机硅多元醇,可以是羟基封端的聚有机硅氧烷,或者羟基在侧基的聚有机硅氧烷,也可以是羟烷基位于末端或者侧基的聚有机硅氧烷。
聚砜是分子主链中含有烃基-SO2-烃基链节的高分子化合物。聚砜一般是由芳族二羟基化合物的二碱金属盐和活性芳族二卤化物聚合而成的芳族聚合物。芳族二羟基化合物,可以举例例如,双酚A、双酚S、4,4′-二羟基联苯。活性芳族二卤化物,可以举例例如,对苯二甲酰氯、4,4-二氯二苯砜。针对本发明,所选聚砜多元醇,可以是羟基封端的聚砜,或者羟基在侧基的聚砜。
作为植物油多元醇,可以列举例如,蓖麻油、蓖麻油衍生物多元醇、大豆油多元醇、棕榈油多元醇等。针对本发明,所选植物油多元醇主要用于聚氨酯硬质发泡材料的原料。
作为聚合物多元醇,是以PO-EO共聚醚三醇为基础的苯乙烯-丙烯腈接枝聚醚多元醇,又称接枝聚醚,简称POP。
可列举聚乙二醇(PEG)、聚三亚甲基醚二醇、聚四氢呋喃、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、双酚A聚氧化乙烯醚、聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇、聚丁二烯多元醇、端羟基聚丁二烯-丙烯腈、聚二甲基硅多元醇、蓖麻油多元醇、苯乙烯-丙烯腈接枝聚醚多元醇的化学结构式如下:
针对本发明,制备聚氨酯软泡和硬泡材料对上述多元醇化合物的相对分子质量或羟值要求不同。软泡,优选多元醇化合物的官能度为2~3,相对分子质量为2000~7000范围内,羟值约50~80mg KOH/g;硬泡,优选多元醇化合物的官能度为3~8,相对分子质量在300~ 500范围内,羟值约450~550mg KOH/g。半硬质泡沫,硬泡,优选多元醇化合物的官能度为3~8,相对分子质量在600~2000范围内,羟值约100~200mg KOH/g。
在本发明的实施方式中,聚氨酯(聚脲)动态聚合物优选采用的多元胺化合物,包括但不仅限于小分子多元胺、齐聚物和高分子多元胺。只要是具有2个或2个以上氨基的化合物,那么对其分子量和骨架等就没有特别限制,可以列举例如,包括但不仅限于以下所示的芳香族多胺和脂肪族多胺等。
作为小分子芳香族多胺,具体可以列举出例如,二氨基甲苯、二氨基二甲苯、四甲基亚二甲苯基二胺、间苯二胺、三(二甲基氨基甲基)苯酚、二氨基二苯基甲烷、3,3’-二氯-4,4’- 二苯基甲烷二胺(MOCA)、3,5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、3,5-二乙基甲苯二胺(DETDA)。
作为小分子脂肪族多胺,具体可以列举出例如,亚甲基二胺、1,2-乙二胺、丙邻二胺、1,2- 二氨基丙烷、1,3-二氨基戊烷、六亚甲基二胺、二氨基庚烷、二氨基十二烷、二乙基氨基丙基胺、二亚乙基三胺、N-氨基乙基哌嗪、三亚乙基四胺、N,N’-二甲基亚乙基二胺、N,N’-二乙基亚乙基二胺、N,N’-二异丙基亚乙基二胺、N,N’-二甲基-1,3-丙二胺、N,N’-二乙基-1,3-丙二胺、N,N’-二异丙基-1,3-丙二胺、N,N’-二甲基-1,6-己二胺、N,N’-二乙基-1,6-己二胺、N,N’,N”- 三甲基双(六亚甲基)三胺等。
作为齐聚物和高分子多元胺,其可以包括但不仅限于基于聚酯、聚醚、聚烯烃、聚碳酸酯、聚有机硅、植物油和其他聚合物的多元胺等。具体可以举例例如,共聚醚二胺、末端为芳氨基的端氨基聚醚、端氨基甲基硅油。其化学结构式如下,
在本发明的实施方式中,优选的用于制备聚氨酯(聚硫代胺酯)动态聚合物的多元巯基化合物,包括但不仅限于小分子多元巯基、齐聚物和高分子多元巯基化合物。只要是具有2 个或2个以上的巯基的化合物,那么对其分子量和骨架等就没有特别限制,具体可以列举出例如,包括但不仅限于以下所示的化合物。
作为小分子多元巯基化合物,具体可以列举出例如,1,2-乙二硫醇、1,3-丙二硫醇、1,4- 丁二硫醇、1,2-丁二硫醇、1,3-丁二硫醇、1,5-戊二硫醇、1,6-己二硫醇、1,8-辛二硫醇、1,9- 壬二硫醇、1,10-癸二硫醇、2,3-丁二硫醇、双巯乙基硫醚、3,7-二硫杂-1,9-壬二硫醇、3-巯基 -β-4-二甲基环己乙硫醇、1,4-苯二硫醇、邻苯二硫醇、3,4-甲苯二硫醇、1,5-萘二硫醇、卢丁二硫醇、4,4’-二巯基二苯硫醚、二巯基-3,6-二氧辛烷、1,5-巯基-3-硫代戊烷、1,3,5-三嗪-2,4,6- 三硫醇等。
作为齐聚物和高分子多元巯基化合物,其可以包括但不仅限于基于聚酯、聚醚、聚烯烃、聚碳酸酯、聚有机硅、植物油和其他聚合物的多元硫醇等。
上述的多元醇、多元胺和多元巯基化合物中,在同一个化合物中也可以同时含有醇羟基、氨基和巯基中的两个或者三个,其骨架上或者侧基上可含有氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸酯、脲、酰胺、酯、醚、硫醚的基团;优选含有氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸酯、脲、酰胺等基团;最优选氨基甲酸酯基团和脲基团。
另外,上述的多元醇、多元胺和多元巯基化合物可以单独使用,也可合并使用2种或2 种以上。合并使用2种或2种以上时的混合比,可根据本发明的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物(或组合物)所使用的用途、本发明的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物(或组合物)所要求的物理性质等进行合适比例的调整。
在本发明的实施方式中,聚氨酯动态聚合物优选采用异氰酸酯化合物进行制备。所述异氰酸酯化合物包括但不仅限于小分子、齐聚物和高分子多元异氰酸酯化合物。只要是具有2 个或2个以上的异氰酸酯的化合物,那么对其分子量和骨架等就没有特别限制,具体可以列举出例如,包括但不仅限于以下所示的化合物。
作为小分子异氰酸酯,包括但不仅限于,甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)、液化MDI、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)、 1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯(m-TMXDI)、三甲基-1,6- 六亚甲基二异氰酸酯(TMHDI)、环己烷二亚甲基二异氰酸酯(HXDI)、降冰片烷二异氰酸酯(NBDI)、TDI二聚体、三苯基甲烷三异氰酸酯(TTI)、4,4’,4”-硫代磷酸三苯基三异氰酸酯(TPTI)、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI三聚体、MDI三聚体、TDI-TMP加成物等。
作为齐聚和高分子异氰酸酯化合物,包括但不仅限于,基于聚酯、聚醚、聚烯烃、聚碳酸酯、聚有机硅、植物油和其他聚合物的多元异氰酸酯化合物等。
上述各种多异氰酸酯化合物,可以单独使用它们中的1种,或者合并使用2种或2种以上。合并使用2种或2种以上时的混合比,可根据本发明的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物(或组合物)所使用的用途、本发明的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物(或组合物)所要求的物理性质等进行合适比例的调整。
在聚氨酯基材料制备过程中,还需要根据实际情况加入扩链剂、催化剂;对于聚氨酯泡沫而言,还需要加入发泡剂和泡沫稳定剂等。
在本发明的实施方式中,聚氨酯材料的扩链剂可以是带活泼氢的低聚物,也可以是带活泼氢的小分子化合物。本发明一般情况下优选带活泼氢的小分子化合物。可以举例例如,包括但不仅限于,小分子的多元胺、多元醇、多元硫醇、醇胺和水等。
上所述扩链剂,具体可列举出例如,乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、对苯二酚二羟乙基醚(HQEE)、间苯二酚双羟乙基醚(HER)、对双羟乙基双酚A、三乙醇胺、三异丙醇胺、二氨基甲苯、二氨基二甲苯、四甲基亚二甲苯基二胺、四乙基二苯亚甲基二胺、四异丙基二苯亚基二胺、间苯二胺、三(二甲基氨基甲基)苯酚、二氨基二苯基甲烷、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺(MOCA)、3,5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、3,5-二乙基甲苯二胺(DETDA)、1,3,5-三乙基-2,6-二氨基苯 (TEMPDA)。所用的扩链剂用量没有特别限定,一般为0.1-25wt.%。
在本发明的实施方式中,聚氨酯材料的催化剂,可以列举以下的胺类催化剂和有机金属化合物催化剂等。
作为胺类催化剂,具体可列举出例如,三乙胺、三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、 2-(2-二甲氨基-乙氧基)乙醇、三甲基羟乙基丙二胺、N,N-双(二甲胺丙基)异丙醇胺、N- (二甲氨基丙基)二异丙醇胺、N,N,N’-三甲基-N’-羟乙基双胺乙基醚、四甲基二亚丙基三胺、 N,N-二甲基环己胺、N,N,N’,N’-四甲基亚烷基二胺、N,N,N’,N’,N’-五甲基二亚乙基三胺、N,N- 二甲基乙醇胺、N-乙基吗啉、2,4,6-(二甲氨基甲基)苯酚、三甲基-N-2-羟丙基己酸、N,N- 二甲基苄胺、N,N-二甲基十六胺等。
作为有机金属类催化剂,具体可列举出例如,有机锡化合物如辛酸亚锡、二丁基锡二月桂酸酯、二辛基锡二月桂酸酯、异辛酸锌、异辛酸铅、油酸钾、环烷酸锌、环烷酸钴、乙酰丙酮铁、乙酸苯汞、丙酸苯汞、环烷酸铋、甲醇钠、辛酸钾、油酸钾、碳酸钙等。
在本发明的实施方式中,聚氨酯材料的发泡剂,可以是物理发泡剂,也可以是化学发泡剂。其具有较高的表面活性,能有效降低液体的表面张力,并在液膜表面双电子层排列而包围空气,形成气泡,再由单个气泡组成泡沫。上述物理发泡剂包括但不仅限于以下任一种或任几种发泡剂:空气、二氧化碳、氮气、氟里昂(如HCFC-141b、HCFC-123、HCFC-22、HCFC-365mfc、HCFC-245fa等)、二氯甲烷、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、正戊烷、环戊烷、异戊烷、物理型微球/颗粒发泡剂。上述化学发泡剂包括但不仅限于以下任一种或任几种发泡剂:水、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、硅酸钠、碳黑、偶氮化合物(如偶氮二甲酰胺(ADC)、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、二偶氮氨基苯、偶氮二甲酸钡)、磺酰肼类化合物(如4,4-二磺酰肼二苯醚(OBSH)、苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、2,4-甲苯二磺酰肼、3,3-二磺酰肼二苯砜、对(N-甲氧基甲酰氨基)苯磺酰肼)、亚硝基化合物(如N,N-二亚硝基五次甲基四胺(DPT)、N,N-二甲基-N,N-二亚对苯二甲酰胺(NTA)) 等。上述发泡剂可以单独使用或以两种或更多种的混合物使用。所用发泡剂的量是常用量,即,在使用水的情况下为0.1到10php,优选0.1到5php,在使用卤代烃、脂族烷烃和脂环族烷烃的情况下为约0.1到20php,其中php表示每百份聚合物多元醇中发泡剂的份数。
在本发明的实施方式中,聚氨酯材料的泡沫稳定剂,是有机聚硅氧烷表面活性剂。这种有机硅氧烷表面活性剂一般是聚二甲基硅氧烷与聚氧化烯烃的嵌段共聚物。所用的泡沫稳定剂用量没有特别限定,一般为0.1-5wt.%。
在本发明的实施方式中,除了前述的聚氨酯扩链剂、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂,在不妨碍本发明目的的范围内,还可以根据情况选择添加或使用其他聚合物、填料、溶剂、助剂等共同作为动态聚合物的配方组分,或者在动态聚合物的制备过程中起到改善加工性能的作用。
其中,所述的其他聚合物,其能够作为添加物在体系中起到改进材料性能、赋予材料新性能、提高材料使用与经济效益、达到材料综合利用的作用。可添加的其他聚合物,其可选自天然高分子化合物、合成高分子化合物。本发明对所添加的聚合物的性状以及所具有的分子量不做限定,根据分子量的不同,可以为低聚物,或者高聚物,根据聚合形态的不同,可以为均聚物,或者共聚物,在具体使用过程中应根据目标材料的性能以及实际制备过程的需要而进行选择。
当所述的其他聚合物选自天然高分子化合物时,其可选自以下任一种或任几种天然高分子化合物:天然橡胶、壳聚糖、甲壳素、天然蛋白质、多糖等。
当所述的其他聚合物选自合成高分子化合物时,其可选自以下任一种或任几种:聚三氟氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚酯、聚醚砜、聚芳砜、聚醚醚酮、四氟乙烯-全氟丙烷共聚物、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚苯醚、聚丙烯、聚苯硫醚、聚苯砜、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚脲、聚乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯乙烯- 乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯、聚异戊二烯、聚顺丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、聚(2-氯-1,3-丁二烯)、异丁烯-异戊二烯共聚物、乙烯-丙烯-1,4-己二烯共聚物、乙烯-丙烯-双环戊二烯共聚物、乙烯-丙烯-乙叉降冰片烯共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚甲基乙烯基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚甲基乙烯基苯基硅氧烷、聚甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-丙烯共聚物、聚环氧氯丙烷、环氧氯丙烷-环氧乙烷共聚物、环氧氯丙烷-环氧乙烷-环氧丙烷共聚物等。
上所述可添加/使用的填料,其在聚合物样品中主要起到以下作用:①降低成型制件的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等;②调节材料的粘度;③满足不同性能要求,如提高材料冲击强度及压缩强度、硬度、刚度和模量、提高耐磨性、提高热变形温度、改善导电性及导热性等;④提高颜料的着色效果;⑤赋予光稳定性和耐化学腐蚀性;⑥起到增容作用,可降低成本,提高产品在市场上的竞争能力。
上所述可添加/使用的填料,选自以下任一种或任几种填料:无机非金属填料、金属填料、有机填料。
所述的可添加/使用的无机非金属填料,包括但不限于以下任一种或任几种:碳酸钙、陶土、硫酸钡、硫酸钙和亚硫酸钙、滑石粉、白炭黑、石英、云母粉、粘土、石棉、石棉纤维、正长石、白垩、石灰石、重晶石粉、石膏、石墨、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、二硫化钼、矿渣、烟道灰、木粉及壳粉、硅藻土、赤泥、硅灰石、硅铝炭黑、氢氧化铝、氢氧化镁、粉煤灰、油页岩粉、膨胀珍珠岩粉、氮化铝粉、氮化硼粉、蛭石、铁泥、白泥、碱泥、(中空)玻璃微珠、发泡微球、可发泡颗粒、玻璃粉、水泥、玻璃纤维、碳纤维、石英纤维、炭芯硼纤维、二硼化钛纤维、钛酸钙纤维、碳化硅纤维、陶瓷纤维、晶须等。在本发明的一个实施方式中,优选具有导电性的无机非金属填料,包括但不仅限于石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维,方便获得具有导电性和/或具有电热功能的复合材料。在本发明的另一个实施方式中,优选具有在红外和/或近红外光作用下具有发热功能的非金属填料,包括但不仅限于石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管,方便获得可利用红外和/或近红外光进行加热的复合材料。良好的发热性能,特别是遥控性的发热性能,有利于使得聚合物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。
所述的可添加/使用的金属填料,包括金属化合物,包括但不仅限于以下任一种或任几种:金属粉末、纤维,其包括但不仅限于铜、银、镍、铁、金等及其合金的粉末、纤维;纳米金属颗粒,其包括但不仅限于纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米钯颗粒、纳米铁颗粒、纳米钴颗粒、纳米镍颗粒、纳米Fe3O4颗粒、纳米γ-Fe2O3颗粒、纳米MgFe2O4颗粒、纳米MnFe2O4颗粒、纳米CoFe2O4颗粒、纳米CoPt3颗粒、纳米FePt颗粒、纳米FePd颗粒、镍铁双金属磁性纳米颗粒以及其他在红外、近红外、紫外、电磁至少一种作用下可以发热的纳米金属颗粒等;液态金属,其包括但不仅限于汞、镓、镓铟液态合金、镓铟锡液态合金、其它镓基液态金属合金;金属有机化合物分子、晶体以及其他在红外、近红外、紫外、电磁至少一种作用下可以发热的物质等。在本发明的一个实施方式中,优选可以进行电磁和/或近红外加热的填料,包括但不仅限于纳米金、纳米银、纳米钯、纳米Fe3O4,以便进行遥感加热。在本发明的另一个实施方式中,优选液态金属填料,方便获得具有良好导热性能、导电性能以及能够保持基材柔性和延展性的复合材料。在本发明的另一个实施方式中,优选在红外、近红外、紫外、电磁至少一种作用下可以发热的有机金属化合物分子、晶体,一方面方便复合,另一面提高诱导发热的效率和提升发热效果。
所述可添加/使用的有机填料,包括但不仅限于以下任一种或任几种:①天然有机填料,如皮毛、天然橡胶、棉花、棉绒、麻、黄麻、亚麻、石棉、纤维素、醋酸纤维素、虫胶、甲壳素、壳聚糖、木质素、淀粉、蛋白质、酶、激素、生漆、木材、木粉、壳粉、糖原、木糖、蚕丝等;②合成树脂填料,如丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙酸纤维素、聚三氟氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、环氧树脂、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、高密度聚乙烯、高抗冲聚苯乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚芳砜、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇、聚酯、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、酚醛树脂、四氟乙烯-全氟丙烷共聚物、聚酰亚胺、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚丙烯、聚苯硫醚、聚苯砜、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚偏氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、脲醛树脂、超高分子量聚乙烯、不饱和聚酯、聚醚醚酮等;③合成橡胶填料,如异戊橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、氯醚橡胶、热塑性弹性体等;④合成纤维填料,如黏胶纤维、铜氨纤维、二乙酯纤维、三乙酯纤维、聚酰胺纤维、聚碳酸酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚氯乙烯纤维、聚烯烃纤维、含氟纤维、聚四氟乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、芳酰胺纤维或芳纶纤维等;⑤金属有机化合物,包括其分子和晶体颗粒等,优选可进行光照、电磁等作用而加热的材料。
其中,可添加/使用的填料类型不限定,主要根据所需求的材料性能而定,优选碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、炭黑、石墨烯、玻璃微珠、发泡微球、可发泡颗粒、玻璃纤维、碳纤维、天然橡胶、壳聚糖、淀粉、蛋白质、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、异戊橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、热塑性弹性体、聚酰胺纤维、聚碳酸酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维。所用的填料用量没有特别限定,一般为1-30wt.%。
上所述可添加/使用的溶剂,可以调节黏度,便于工艺操作,在产品制备过程或配制中使用。其包括但不仅限于以下任一种或任几种:烃类(如己烷、)、卤化烃(如四氯甲烷)、芳烃 (如甲苯、二甲苯)、酮类(如丙酮、甲基乙基酮)、醚类(如乙醚、四氢呋喃、二氧六环)、酯类(如乙酸乙酯、乙酸丁酯)、二醇醚酯(如乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇单甲醚醋酸酯)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等强极性溶剂。所用的溶剂用量没有特别限定,一般为1-200wt.%。
所述的助剂可包括但不限于下列一种或几种的组合,如合成助剂,包括其他催化剂、引发剂;稳定化助剂,包括抗氧化剂、光稳定剂、热稳定剂、分散剂、乳化剂、阻燃剂;改善力学性能的助剂,包括增韧剂、偶联剂;提高加工性能的助剂,包括润滑剂、脱模剂、增塑剂、增稠剂、触变剂、流平剂;改变色光的助剂,包括着色剂、荧光增白剂、消光剂;其他助剂,包括防静电剂、杀菌防霉剂、发泡剂、成核剂、流变剂等。
所述的助剂中的其他催化剂,其能够通过改变反应途径,降低反应活化能来加速反应物在反应过程中的反应速率。其包括但不仅限于以下任一种或任几种催化剂:①聚烯烃合成用催化剂:如Ziegler-Natta催化剂、π-烯丙基镍、烷基锂催化剂、茂金属催化剂、一氯二乙基铝、四氯化钛、三氯化钛、三氟化硼乙醚络合物、氧化镁、二甲胺、氯化亚铜、三乙胺、四苯硼钠、三氧化二锑、倍半乙基氯化铝、三氯氧钒、三异丁基铝、环烷酸镍、环烷酸稀土等;②CuAAC反应催化剂:由一价铜化合物和胺配体共用协同催化;一价铜化合物可选自Cu(I) 盐,如CuCl、CuBr、CuI、CuCN、CuOAc等;也可选自Cu(I)络合物,如[Cu(CH3CN)4]PF6、 [Cu(CH3CN)4]OTf、CuBr(PPh3)3等;胺配体可选自三[(1-苄基-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基]胺(TBTA)、三[(1-叔丁基-1H-1,2,3-三唑-4-基)甲基]胺(TTTA)、三(2-苯并咪唑甲基)胺(TBIA)、水合红菲绕啉二磺酸钠等;③thiol-ene反应催化剂:光催化剂,如安息香二甲醚、2-羟基 -2-甲基苯基丙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮等。所用的催化剂用量没有特别限定,一般为0.01-0.5wt%。
在本发明的实施方式中,一些特征反应需要引发剂,如巯基-双键点击反应、丙烯酸酯自由基反应、双键-双键偶联过程中,需要自由基引发剂,其能够在聚合反应过程中引起单体分子活化而产生游离基,提高反应速率,促进反应进行。动态聚合物体系中也可以加入引发剂,引发剂分解成的活性自由基能够促进动态共价键的解离及交换,从而获得优异的动态性能。所述引发剂包括但不仅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。双键-双键的偶联反应还可以采用辐射聚合的方式,利用高能电离射线(如α射线、β射线、γ射线、x射线、电子束)辐射单体生成离子或自由基,形成活性中心而发生聚合。在本发明的实施方式中,可以根据情况选择合适的引发剂和聚合方式。
上所述可添加/使用的助剂中的抗氧剂,其能够延缓聚合物样品的氧化过程,保证材料能够顺利地进行加工并延长其使用寿命,包括但不仅限于以下任一种或任几种抗氧剂:受阻酚类,如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、1,1,3-三(2-甲基-4羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、四[β-(3,5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚);含硫受阻酚类,如4,4’-硫代双-[3-甲基-6-叔丁基苯酚]、2,2’-硫代双-[4-甲基-6-叔丁基苯酚];三嗪系受阻酚,如1,3,5-二[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]-六氢均三嗪;三聚异氰酸酯受阻酚类,如三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-三异氰酸酯;胺类,如N,N’-二(β-萘基)对苯二胺、N,N’- 二苯基对苯二胺、N-苯基-N’-环己基对苯二胺;含硫类,如硫代二丙酸二月桂酯、2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑;亚磷酸酯类,如亚磷酸三苯酯、亚磷酸三壬基苯酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯等;其中,抗氧剂优选茶多酚(TP)、丁基羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、四 [β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)。所用的抗氧剂用量没有特别限定,一般为0.01-1wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的光稳定剂,能够防止聚合物样品发生光老化,延长其使用寿命,包括但不仅限于以下任一种或任几种:光屏蔽剂,如炭黑、二氧化钛、氧化锌、亚硫酸钙;紫外线吸收剂,如2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3,5-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2,4,6-三(2-羟基 -4-正丁氧基苯基)-1,3,5-均三嗪、2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯;先驱型紫外线吸收剂,如水杨酸对-叔丁基苯酯、双水杨酸双酚A酯;紫外线猝灭剂,如双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)、2,2’-硫代双(4-特辛基酚氧基)镍;受阻胺光稳定剂,如癸二酸双(2,2,6,6- 四甲基哌啶)酯、苯甲酸(2,2,6,6-四甲基哌啶)酯、三(1,2,2,6,6-五甲基哌啶基)亚磷酸酯;其他光稳定剂,如3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸(2,4-二叔丁基苯)酯、烷基磷酸酰胺、N,N’- 二正丁基二硫代氨基甲酸锌、N,N’-二正丁基二硫代氨基甲酸镍等;其中,光稳定剂优选炭黑、癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶)酯(光稳定剂770)。所用的光稳定剂用量没有特别限定,一般为0.01-0.5wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的热稳定剂,能够使得聚合物材料在加工或使用过程中不因受热而发生化学变化,或者延缓这些变化来达到延长使用寿命的目的,其包括但不仅限于以下任一种或任几种热稳定剂:铅盐类,如三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、二盐基硬脂酸铅、二盐基苯二甲酸铅、三盐基马来酸铅、硬脂酸铅、水杨酸铅、二盐基邻苯二甲酸铅、碱式碳酸铅;金属皂类:如硬脂酸镉、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸铅、硬脂酸锌;有机锡化合物类,如二月桂酸二正丁基锡、二月桂酸二正辛基锡、马来酸二(正)丁基锡、双马来酸单辛酯二正辛基锡,二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、京锡C-102、二巯基乙酸异辛脂二甲基锡、二硫醇二甲基锡及其复配物;锑稳定剂,如硫醇锑盐、巯基乙酸酯硫醇锑、巯基羧酸酯锑、羧酸酯锑;环氧化合物类,如环氧化油、环氧脂肪酸酯、环氧树脂;亚磷酸酯类,如亚磷酸三芳酯、亚磷酸三烷酯、亚磷酸三芳烷酯、烷芳混合酯、聚合型亚磷酸酯;多元醇类,如季戊四醇、木糖醇、甘露醇、山梨糖醇、三羟甲基丙烷;复合热稳定剂,如共沉淀金属皂、液体金属皂复合稳定剂、有机锡复合稳定剂等。其中,热稳定剂优选硬脂酸钡,硬脂酸钙、二月桂酸二正丁基锡、马来酸二(正)丁基锡,所用的热稳定剂用量没有特别限定,一般为0.1-0.5wt%。
上所述可添加/使用的助剂中的分散剂,能够使得聚合物混合液中固体絮凝团分散为细小的粒子而悬浮于液体中,均一分散那些难于溶解于液体的固体及液体颗粒,同时也能防止颗粒的沉降和凝聚,形成安定悬浮液,其包括但不仅限于以下任一种或任几种分散剂:阴离子型,如烷基硫酸酯钠盐、烷基苯磺酸钠、石油磺酸钠;阳离子型;非离子型,如脂肪醇聚氧乙烯醚、山梨糖醇酐脂肪酸聚氧乙烯醚;无机型,如硅酸盐、缩合磷酸盐;高分子型,如淀粉、明胶、水溶性胶、卵磷脂、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠、木质素磺酸盐、聚乙烯醇等。其中,分散剂优选十二烷基苯磺酸钠、萘系亚甲基磺酸盐(分散剂N)、脂肪醇聚氧乙烯醚,所用的分散剂用量没有特别限定,一般为0.3-0.8wt%。
上所述可添加/使用的助剂中的乳化剂,能够改善包含助剂的聚合物混合液中各种构成相之间的表面张力,使之形成均匀稳定的分散体系或乳浊液,其包括但不仅限于以下任一种或任几种乳化剂:阴离子型,如高级脂肪酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸钠、琥珀酸酯磺酸盐、石油磺酸盐、脂肪醇硫酸盐、蓖麻油硫酸酯盐、硫酸化蓖麻酸丁酯盐、磷酸酯盐、脂肪酰-肽缩合物;阳离子型,如烷基铵盐、烷基季铵盐、烷基吡啶盐;两性离子型,如羧酸酯型、磺酸酯型、硫酸酯型、磷酸酯型;非离子型,如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚环氧丙烷-环氧乙烷加成物、甘油脂肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯、山梨醇及失水山梨醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、醇胺脂肪酰胺等。其中,优选十二烷基苯磺酸钠、失水山梨醇脂肪酸酯、三乙醇胺硬脂酸酯(乳化剂FM),所用的乳化剂用量没有特别限定,一般为1-5wt%。
上所述可添加/使用的助剂中的阻燃剂,能够增加材料的耐燃性,其包括但不仅限于以下任一种或任几种:磷系,如红磷、磷酸三甲酚酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯;含卤磷酸酯类,如三(2,3-二溴丙基)磷酸酯、磷酸三(2,3-二氯丙)酯;有机卤化物,如高含氯量氯化石蜡、1,1,2,2-四溴乙烷、十溴二苯醚、全氯环戊癸烷;无机阻燃剂,如三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌;反应型阻燃剂,如氯桥酸酐、双(2,3-二溴丙基)反丁烯二酸酯、四溴双酚A、四溴邻苯二甲酸酐等;其中,阻燃剂优选十溴二苯醚、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、三氧化二锑。所用的阻燃剂用量没有特别限定,一般为1-20wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的增韧剂,能够降低聚合物材料脆性,增大韧性,提高材料承载强度,其包括但不仅限于以下任一种或任几种增韧剂:甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、氯化聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂及其改性物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、乙丙胶、三元乙丙胶、顺丁胶、丁苯胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等。其中,增韧剂优选乙丙胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂(MBS)、氯化聚乙烯树脂(CPE),所用的增韧剂用量没有特别限定,一般为5-10wt%。
上所述可添加/使用的助剂中的偶联剂,可改善合成的动态聚合物与无机填充剂的界面性能。其包括但不仅限于以下任一种或任几种:硅烷偶合剂、具有烷氧基甲硅烷基的硅烷化合物、钛偶合剂、锆偶合剂等。更具体地,可列举出例如,三甲氧基乙烯基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷等。所用的偶联剂用量没有特别限定,一般为0.01-2wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的润滑剂,能够提高聚合物样品的润滑性、减少摩擦、降低界面粘附性能,其包括但不仅限于以下任一种或任几种润滑剂:饱和烃和卤代烃类,如固体石蜡、微晶石蜡、液体石蜡、低分子量聚乙烯、氧化聚乙烯蜡;脂肪酸类,如硬脂酸、羟基硬脂酸;脂肪酸酯类,如脂肪酸低级醇酯、脂肪酸多元醇酯、天然蜡、酯蜡和皂化蜡;脂肪族酰胺类,如硬脂酰胺或硬脂酸酰胺、油酰胺或油酸酰胺、芥酸酰胺、N,N’-乙撑双硬脂酰胺;脂肪醇和多元醇类,如硬脂醇、鲸蜡醇、季戊四醇;金属皂类,如硬脂酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁、硬脂酸锌等;其中,润滑剂优选固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸、低分子量聚乙烯。所用的润滑剂用量没有特别限定,一般为0.5-1wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的脱模剂,可使聚合物样品易于脱模,表面光滑、洁净,其包括但不仅限于以下任一种或任几种:石蜡烃、皂类、二甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油、蓖麻油、废机油、矿物油、二硫化钼、聚乙二醇、氯乙烯树脂、聚苯乙烯、硅橡胶、聚乙烯醇等。其中,脱模剂优选二甲基硅油,聚乙二醇,所用的脱模剂用量没有特别限定,一般为0.5-2wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的增塑剂,其能够增加聚合物样品的塑性,使得聚合物的硬度、模量、软化温度和脆化温度下降,伸长率、曲挠性和柔韧性提高,其包括但不仅限于以下任一种或任几种:苯二甲酸酯类,邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸丁酯乙醇酸丁酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸双(十三)酯、对苯二甲酸二(2-乙基)己酯;磷酸酯类,如磷酸三甲苯酯、磷酸(二苯-2-乙基)己酯;脂肪酸酯类,如己二酸二(2-乙基)己酯、癸二酸二(2-乙基)己酯;环氧化合物类,如环氧甘油酯类、环氧脂肪酸单酯类、环氧四氢邻苯二甲酸酯类、环氧大豆油、环氧硬脂酸(2-乙基)己酯、环氧大豆油酸2-乙基己酯、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯、黄杨乙酰蓖麻油酸甲酯;二元醇脂类,如C5~9酸乙二醇酯、C5~9酸二缩三乙二醇酯;含氯类,如绿化石蜡类、氯代脂肪酸酯;聚酯类,如乙二酸1,2-丙二醇系聚酯、癸二酸1,2-丙二醇聚酯;石油磺酸苯酯、偏苯三酸酯、柠檬酸酯、季戊四醇和双季戊四醇酯等;其中,增塑剂优选邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、磷酸三甲苯酯(TCP)、环氧大豆油。所用的增塑剂用量没有特别限定,一般为5-50wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的增稠剂,能够赋予聚合物混合液良好的触变性和适当的稠度,从而满足其在生产、贮存和使用过程中的稳定性能和应用性能等多方面的需求,其包括但不仅限于以下任一种或任几种增稠剂:低分子物质,如脂肪酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基二甲胺氧化物、脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸异丙酰胺、脱水山梨醇三羧酸酯、甘油三油酸酯、椰子酰胺丙基甜菜碱、2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉、钛酸酯偶联剂;高分子物质,如皂土、人工水辉石、微粉二氧化硅、胶体铝、植物多糖类、微生物多糖类、动物蛋白、纤维素类、淀粉类、海藻酸类、聚甲基丙烯酸盐、甲基丙烯酸共聚物、顺酐共聚物、巴豆酸共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚醚、聚乙烯甲醚脲烷聚合物等;其中,增稠剂优选羟乙基纤维素、椰子油二乙醇酰胺、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物。所用的增稠剂用量没有特别限定,一般为0.1-1.5wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的触变剂,加入动态聚合物体系中,通过氢键与聚合物分子形成三维网络结构,使动态聚合物黏度增长数倍到许多倍,甚至失去流动性。包括但不仅限于以下任一种或任几种:气相白炭黑、氢化蓖麻油、膨润土、硅酸酐、硅酸衍生物、尿素衍生物等。所用的触变剂用量没有特别限定,一般为0.5-2wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的流平剂,能够保证聚合物涂膜的平整光滑均匀,改善涂膜表面质量、提高装饰性,其包括但不仅限于以下任一种或任几种流平剂:聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、醋酸-丁酸纤维素、聚丙烯酸酯类、有机硅树脂等;其中,流平剂优选聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯。所用的流平剂用量没有特别限定,一般为0.5-1.5wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的着色剂,可以使聚合物产品呈现出所需要的颜色,增加表面色彩,其包括但不仅限于以下任一种或任几种:无机颜料,如钛白、铬黄、镉红、铁红、钼铬红、群青、铬绿、炭黑;有机颜料,如立索尔宝红BK、色淀红C、苝红、嘉基R红、酞菁红、永固洋红HF3C、塑料大红R和克洛莫红BR、永固橙HL、耐晒黄G、汽巴塑料黄 R、永固黄3G、永固黄H2G、酞青蓝B、酞青绿、塑料紫RL、苯胺黑;有机染料,如硫靛红、还原黄4GF、士林蓝RSN、盐基性玫瑰精、油溶黄等;其中,着色剂的选用根据样品颜色需求而定,不需要特别限定。所用的着色剂用量没有特别限定,一般为0.3-0.8wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的荧光增白剂,能使所染物质获得类似荧石的闪闪发光的效应,其包括但不仅限于以下任一种或任几种荧光增白剂:二苯乙烯型、香豆素型、吡唑啉型、苯并氧氮型、苯二甲酰亚胺型等。其中,荧光增白剂优选二苯乙烯联苯二磺酸钠(荧光增白剂CBS)、4,4-双(5甲基-2-苯并噁唑基)二苯乙烯(荧光增白剂KSN)、2,2-(4,4’-二苯乙烯基) 双苯并噁唑(荧光增白剂OB-1),所用的荧光增白剂用量没有特别限定,一般为0.002-0.03wt%。
上所述可添加/使用的助剂中的消光剂,能够使得入射光到达聚合物表面时,发生漫反射,产生低光泽的亚光和消光外观,其包括但不仅限于以下任一种或任几种消光剂:沉降硫酸钡、二氧化硅、含水石膏粉、滑石粉、钛白粉、聚甲基脲树脂等。其中,消光剂优选二氧化硅,所用的消光剂用量没有特别限定,一般为2-5wt%。
上所述可添加/使用的助剂中的防静电剂,可防止因摩擦而产生的静电荷积累。其包括但不仅限于以下任一种或任几种:导电炭黑、季铵盐(如N-烷基二甲基乙胺硫酸乙酯盐、(3- 月桂酰胺丙基)三甲基胺硫酸甲酯盐)、或者为聚乙二醇、环氧乙烷衍生物等的亲水性化合物。所用的防静电剂用量没有特别限定,一般为0.01-2wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的杀菌防霉剂,可抑制霉菌的生长,保持制品整洁的外观,延长使用寿命。其包括但不仅限于以下任一种或任几种:异噻唑啉酮衍生物、如5-氯-2-甲基 -4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、N-正丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、辛基异噻唑啉酮;2,4,4-三氯-2-羟基-二苯基醚;2-(4-噻唑基)苯并咪唑;8-羟基喹啉铜或双(8-羟基喹啉基)铜;有机锡化合物如富马酸三丁基锡、乙酸三丁基锡、双(三丁基锡)硫化物、双(三丁基锡)氧化锡;N,N-二甲基-N’-苯基(氟二氯甲基硫代)磺酰胺。所用的杀菌防霉剂用量没有特别限定,一般为0.5-2wt.%。
上所述可添加/使用的助剂中的发泡剂,能使得聚合物样品发泡成孔,从而得到质轻、隔热、具有一定弹性的聚合物材料,其包括但不仅限于以下任一种或任几种发泡剂:物理发泡剂,如丙烷、甲醚、戊烷、新戊烷、己烷、异戊烷、庚烷、异庚烷、石油醚、丙酮、苯、甲苯、丁烷、乙醚、氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烯、二氯二氟甲烷、三氟氯甲烷;无机发泡剂,如碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵;有机发泡剂,如N,N’-二硝基五次甲基四胺、N,N’-二甲基 -N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺、偶氮二甲酰胺、偶氮二碳酸钡、偶氮二碳酸二异丙酯、偶氮甲酰胺甲酸钾、偶氮二异丁腈、4,4’-氧代双苯磺酰肼、苯磺酰肼、三肼基三嗪、对甲苯磺酰氨基脲、联苯-4,4’-二磺酰叠氮;发泡促进剂,如尿素、硬脂酸、月桂酸、水杨酸、三盐基性硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸铅、硬脂酸镉、硬脂酸锌、氧化锌;发泡抑制剂,如马来酸、富马酸、硬脂酰氯、苯二甲酰氯、马来酸酐、苯二甲酸酐、对苯二酚、萘二酚、脂肪族胺、酰胺、肟、异氰酸酯、硫醇、硫酚、硫脲、硫化物、砜、环己酮、乙酰丙酮、六氯环戊二烯、二丁基马来酸锡等。其中,发泡剂优选碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮二甲酰胺(发泡剂AC)、 N,N’-二硝基五次甲基四胺(发泡剂H)、N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺(发泡剂 NTA),物理型微球发泡剂、所用的发泡剂用量没有特别限定,一般为0.1-30wt%。
上所述可添加/使用的助剂中的成核剂,能够通过改变聚合物的结晶行为,加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化,达到缩短材料成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能的目的,其包括但不仅限于以下任一种或任几种成核剂:苯甲酸、己二酸、苯甲酸钠、滑石粉、对苯酚磺酸钠、二氧化硅、二苄叉山梨糖醇及其衍生物、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶等。其中,成核剂优选二氧化硅、二苄叉山梨糖醇(DBS)、三元乙丙橡胶,所用的成核剂用量没有特别限定,一般为0.1-1wt%。
上所述可添加/使用的助剂中的流变剂,能够保证聚合物在涂膜过程中具有良好的涂刷性和适当的涂膜厚度,防止贮存时固体颗粒的沉降,能够提高其再分散性,其包括但不仅限于以下任一种或任几种流变剂:无机类,如硫酸钡、氧化锌、碱土金属氧化物、碳酸钙、氯化锂、硫酸钠、硅酸镁、气相二氧化硅、水玻璃、胶态二氧化硅;有机金属化合物,如硬脂酸铝、烷醇铝、钛螯合物、铝螯合物;有机类,如有机膨润土、蓖麻油衍生物、纤维素衍生物、异氰酸酯衍生物、丙烯酸乳液、丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯蜡、纤维素酯等。其中,优选有机膨润土、聚乙烯蜡、疏水改性碱性可膨胀乳液(HASE)、碱性可膨胀乳液(ASE),所用的流变剂用量没有特别限定,一般为0.1-1wt%。
本发明的一种动态聚合物离子液体凝胶的制备方法,包括如下步骤:将制备杂化交联网络的动态聚合物的原料加入到离子液体中,使所制备的杂化交联网络的动态聚合物的质量分数为0.3~75%,通过所述合适手段进行共价交联,反应结束后,即制成一种动态聚合物离子液体凝胶。本发明的另一种动态聚合物离子液体凝胶的制备方法,包括如下步骤:将具有杂化交联网络结构的动态聚合物溶胀于含离子液体的溶剂中,使所制备的杂化交联网络的动态聚合物的质量分数为0.3~75%,充分溶胀后除溶剂,即制成一种动态聚合物离子液体凝胶。上所述离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子组成,作为举例,阳离子选自包括但不仅限于烷基季铵离子、烷基季瞵离子、1,3-二烷基取代的咪唑离子、N-烷基取代的吡啶离子等;阴离子选自包括但不仅限于为卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、也有CF3SO3 -、 (CF3SO2)2N-、C3F7COO-、C4F9SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)3C-、(C2F5SO2)3C-、(C2F5SO2)2N-、 SbF6 -、AsF6 -等。本发明所使用的离子液体中,阳离子优选咪唑阳离子,阴离子优选六氟磷酸根离子和四氟硼酸根离子。制备离子液体的聚合物前体优选自含丙烯酸酯类单体的聚合物、氟取代饱和烯烃、含丙烯腈的聚合物。
本发明的一种动态聚合物齐聚物溶胀的凝胶制备方法,包括如下步骤:将具有杂化交联网络结构的动态聚合物的原料加入到齐聚物中,使所制备的杂化交联网络的动态聚合物的质量分数为0.3~75%,通过所述合适手段进行共价交联,反应结束后,即制成一种动态聚合物齐聚物溶胀的凝胶。本发明的另一种动态聚合物齐聚物溶胀的凝胶制备方法,包括如下步骤:将具有杂化交联网络结构的动态聚合物溶胀于含有齐聚物的溶剂中,使所制备的杂化交联网络的动态聚合物的质量分数为0.3~75%,充分溶胀后除溶剂,即制成一种动态聚合物齐聚物溶胀的凝胶。上所述齐聚物包括但不仅限于聚乙二醇齐聚物、聚乙烯醇齐聚物、聚醋酸乙烯酯齐聚物、聚丙烯酸正丁酯齐聚物、液体石蜡等。
本发明的一种动态聚合物增塑剂溶胀的凝胶制备方法,包括如下步骤:将具有杂化交联网络结构的动态聚合物的原料加入到增塑剂中,使所制备的杂化交联网络的动态聚合物的质量分数为0.3~75%,通过所述合适手段进行共价交联,反应结束后,即制成一种动态聚合物增塑剂溶胀的凝胶。本发明的另一种动态聚合物增塑剂溶胀的凝胶制备方法,包括如下步骤:将具有杂化交联网络结构的动态聚合物溶胀于含有增塑剂的溶剂中,使所制备的杂化交联网络的动态聚合物的质量分数为0.3~75%,充分溶胀后除溶剂,即制成一种动态聚合物增塑剂溶胀的凝胶。上所述增塑剂选自包括但不仅限于以下任一种或任几种:苯二甲酸酯类:邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸丁酯乙醇酸丁酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸双(十三)酯、对苯二甲酸二(2-乙基)己酯;磷酸酯类,如磷酸三甲苯酯、磷酸(二苯-2-乙基)己酯;脂肪酸酯类,如己二酸二(2-乙基)己酯、癸二酸二(2-乙基)己酯;环氧化合物类,如环氧甘油酯类、环氧脂肪酸单酯类、环氧四氢邻苯二甲酸酯类、环氧大豆油、环氧硬脂酸(2-乙基)己酯、环氧大豆油酸2-乙基己酯、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯、黄杨乙酰蓖麻油酸甲酯,二元醇脂类,如C5~9酸乙二醇酯、 C5~9酸二缩三乙二醇酯;含氯类,如绿化石蜡类、氯代脂肪酸酯;聚酯类,如乙二酸1,2-丙二醇系聚酯、癸二酸1,2-丙二醇聚酯;石油磺酸苯酯、偏苯三酸酯、柠檬酸酯、季戊四醇和双季戊四醇酯等。其中,环氧化大豆油为一种性能优良的环保型塑料增塑剂,经精炼大豆油与过氧化物发生环氧化反应制备。在聚氯乙烯制品中耐挥发、不易迁移、不易散失。这对保持制品光、热稳定性和延长使用寿命是十分有益的。环氧化大豆油毒性极小,已被许多国家允许用于食品及医药的包装材料,是美国食品药品管理局批准的唯一可用于食品包装材料的环氧类增塑剂。在本发明的一种动态聚合物增塑剂溶胀的凝胶制备中,增塑剂优选环氧大豆油。制备增塑剂溶胀的凝胶的聚合物前体优选自含氯乙烯单体的聚合物、含冰片烯单体的聚合物、含饱和烯烃单体的聚合物。
本发明的一种动态聚合物泡沫的制备方法,包括如下步骤:在制备单一网络动态聚合物泡沫时,先分别独立制得反应物料A与反应物料B;反应物料A是由侧基含氢键基团的多元醇化合物8份~20份、扩链剂0.05份~1.0份、含可逆加成断裂链转移动态共价键的交联剂0.05份~1.0份、有机金属类催化剂0.01-0.5份,胺类催化剂0.01-0.5份,在料温5-35℃、搅拌速度50-200r/min的条件下搅拌均匀制得;反应物料B是由多异氰酸酯化合物10份~20 份、发泡剂0.5份~3.5份、泡沫稳定剂0.05份~0.2份,在料温5-35℃搅拌速度50-200r/min 的条件下搅拌均匀制得;然后将反应物料A与反应物料B按照1.0~1.5:1质量比混合,经专业设备快速搅拌得到发泡的单一网络动态聚合物。最后,将发泡后的单一网络动态聚合物加入到模具中,在室温下固化30min~60min,然后在高温下固化,即得到基于单一网络的动态聚合物泡沫材料。所述的高温下固化为在温度为60℃下固化6h,或在温度为80℃固化4h,或在温度为120℃固化2h。上述多元醇化合物中的羟基(OH)基团与多异氰酸酯化合物中的异氰酸酯(NCO)基团的摩尔比可使得最终的聚氨酯泡沫不含游离末端NCO基团。NCO/OH的所述摩尔比优选自0.9/1到1.2/1。NCO/OH为1/1的摩尔比对应于异氰酸酯指数为100。在水用作发泡剂的情况下,所述异氰酸酯指数优选大于100,这样异氰酸酯基团可以与水反应。
本发明的动态聚合物泡沫制备方法中,在制备二元杂化交联网络的动态聚合物泡沫时,按照上述制备单一网络动态聚合物的步骤,先制备第1网络;然后在制备第2网络过程中,在反应物料A(或反应物料B)中加入第1网络,即此时的反应物料A为侧基含氢键基团的多元醇化合物8份~20份、扩链剂0.05份~1份、含可逆加成断裂链转移动态共价键的交联剂0.05份~0.4份、有机金属类催化剂0.01~0.5份,胺类催化剂0.01~0.5份,第1网络聚合物0.1份~15份,在料温5-35℃搅拌速度50-200r/min的条件下搅拌均匀制得;反应物料B为多异氰酸酯化合物10份~20份、发泡剂2份~3.5份、泡沫稳定剂0.05份~0.2份,在料温5-50℃搅拌速度50-200r/min的条件下搅拌均匀制得。或反应物料B中加入第一网络,其他同上述过程。然后将反应物料A与反应物料B按照1.0~1.5:1质量比混合,经专业设备快速搅拌得到发泡的杂化交联网络的动态聚合物。最后,将发泡后的杂化交联网络的动态聚合物加入到模具中,在室温下固化30min~60min,然后在高温下固化,即得到基于杂化交联网络的动态聚合物泡沫材料。所述的高温下固化为在温度为60℃下固化6h,或在温度为80℃固化4h,或在温度为120℃固化2h。以此类推,在制备三元杂化交联网络的动态聚合物泡沫时,先制备第1网络和第2网络,再在制备第3网络时,加入第1网络和第2网络充分混合进行发泡。
本发明所提供的动态聚合物泡沫材料还涉及:通过熔接、胶粘、切割、刳刨、穿孔、压印、层压和热成形,将所述动态聚合物泡沫材料转变成为任何的需要形状,例如管、棒、鞘、容器、球、片、卷和带;所述动态聚合物泡沫材料在浮动装置中的用途;所述动态聚合物泡沫材料在绝热等任何需要形状中的用途;通过层压、粘合、熔合以及其它的连接技术,将所述动态聚合物泡沫材料与片材、薄膜、泡沫、织物、加强物以及本领域中技术人员已知的其它材料一起结合成为复杂的夹心结构;所述动态聚合物泡沫材料在垫圈或密封中的用途;所述动态聚合物泡沫材料在包装材料或在容器中的用途。关于本发明的动态聚合物,可发泡的动态聚合物是这样一种类型,使得可以通过挤出、注塑、压塑或本领域中的技术人员已知的其它成形技术使它们变形。
本发明所提供的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物性能大范围可调,可应用于各个领域,具有广阔的应用前景,特别体现在军事航天设备、功能涂料及涂层、生物医药、生物医用材料、能源、建筑、仿生等领域,将具有令人瞩目的应用效果。例如,通过聚合反应过程中的链转移,降低反应速率,使得反应更平稳的发生,降低内应力减少材料内部缺陷从而获得超高机械性能的材料;例如,通过合适的组分选择和配方设计,可以制备出具有良好自修复性并且可以回收的聚合物封堵胶;例如,将自修复功能引入聚合物材料,使得材料内部产生损伤后能够自主修复,有助于得到使用寿命更长、性能更可靠和更经济的结构材料;例如,可以制备成具有自修复性的密封材料,用于电子电器的密封和防水,如耳机孔塞、充电孔塞等。如在微电子聚合物器件和胶粘剂使用中,由于热和力学疲劳产生的微裂缝导致的性能丧失是长期存在的问题,将自修复功能引入这些材料,可以大大提高微电子产品的可靠性和使用寿命。作为自修复性的塞子和密封圈等密封件,在电子电器、食品、药品等领域有广泛应用,例如作为手机、平板电脑、笔记本、照相机等的充电器接口、数据线接口等处的塞子,在接头插拔过程中产生的开孔进行修复从而达到防水等目的。作为自修复材料还有助于得到具有仿生效果的材料,在生物医疗领域也有广泛的应用前景,可以得到更耐久的人体关节。作为自修复材料也有助于开发特殊用途的材料,如在一定条件下可以恢复界面性能、导电和导热等性能的材料,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。另外,超分子氢键的动态性,可以进一步增强聚合物的韧性,可将其制备成为性能极佳的薄膜、纤维或者板材,可以广泛应用于军事、航天、运动、能源、建筑等领域。此外,利用其动态可逆性,可以制备出形状记忆的自修复性聚合物材料,制备出具有粘性-弹性魔幻转换效果的玩具。
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
先向反应器中加入适量的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,整个过程控制反应温度在10℃,滴加完成后反应结束,得到含有三硫酯基的双烯化合物。
在反应器中加入摩尔比为15:1的N-异丙基丙烯酰胺与上述制得的含有三硫酯基的双烯化合物,以苯甲醚为溶剂,偶氮二异丁晴(AIBN)为引发剂,在无氧条件下,于65℃反应 12h,得到具有一定粘度的聚合物流体;然后取100质量份的聚合物液体,将其溶胀于75质量份的环氧大豆油和75质量份的磷酸三甲苯酯混合液中,除去剩余溶剂即得到增塑剂溶胀的聚合物凝胶。
该材料具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性和可塑性。聚合物样品还表现出一定的形状记忆性,可以用于智能仿生凝胶。
实施例2
以甲醇为溶剂,甲醇钠为催化剂,将巯基乙醇和3-氯-2-氯甲基-1-丙烯以摩尔比为2:1比例混合,在加热条件下反应16h,得到含有烯丙基硫醚基的二元醇;以四氢呋喃为溶剂,三乙胺为催化剂,将含有烯丙基硫醚基的二元醇与丙烯酰氯反应,控制反应温度在0~25℃,合成含有烯丙基硫醚基的双烯化合物。
在无氧条件下,以1-羟基环己基苯基酮为光引发剂,甲苯为溶剂,在UV光作用下,将丙烯酰胺和上述制得的含有烯丙基硫醚基的双烯化合物以物质的量的比为200:16交联共聚成为具有第一网络的杂化交联动态聚合物有机凝胶。
该材料具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性和可塑性,可将其用于具有自修复性能的薄膜材料使用。
实施例3
以甲醇为溶剂,甲醇钠为催化剂,将巯基对苯酚和3-氯-2-氯甲基-1-丙烯以摩尔比为2:1 比例混合,在加热条件下反应16h,得到含有烯丙基硫醚基的二元醇;以四氢呋喃为溶剂,三乙胺为催化剂,将含有烯丙基硫醚基的二元醇与丙烯酰氯反应,控制反应温度在0~25℃,合成含有烯丙基硫醚基的双烯化合物。
在无氧条件下,以1-羟基环己基苯基酮为光引发剂,甲苯为溶剂,在UV光作用下,将苯乙烯、N-甲基-2-丙烯酰胺、上述制得的含有烯丙基硫醚基的双烯化合物以物质的量的比为 100:20:15混合,通过自由基共聚得到聚苯乙烯基的块状动态聚合物。其具有超高的机械性能,同时还具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性。利用该聚合物材料所具有的高强度、轻质性能,可以将该材料作为具有一定自修复性能的外壳材料使用,如家电产品外壳、电话机外壳、仪器仪表等。
实施例4
本实施例制备一种聚氨酯泡沫材料具体步骤如下:
以甲醇为溶剂,甲醇钠为催化剂,将巯基乙醇和3-氯-2-氯甲基-1-丙烯摩尔比为2:1比例混合,在加热条件下反应16h制得2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷二基)二(硫)]二乙醇。
向BUSS式外循环反应器中加入35.2g2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷二基)二(硫)]二乙醇,催化剂KOH 2.25g,加热至120℃之后分别加入环氧乙烷220g、(S)-(环氧乙烷甲基)氨基甲酸叔丁酯172g进行反应,控制温度为140~150℃。在恒温条件下,进行熟化反应40分钟,待反应器压力不再下降时,开始为反应器物料降温。待温度降为72℃时加入乙酸进行中和反应,至反应体系的pH为6.8,得到一种主链含有烯丙基硫醚基、侧基含有氨基甲酸酯基的聚醚二元醇化合物。
按重量称取反应物料A:主链含有烯丙基硫醚基、侧基含有氨基甲酸酯基的聚醚二元醇化合物10份、1,4-丁二醇扩链剂0.4份、三乙醇胺交联剂0.4份、有机金属类催化剂二月桂酸二丁基锡0.1份、三乙胺催化剂0.15份,加入到1号模具中,在料温30℃、搅拌速度180r/min 的条件下搅拌均匀制得;反应物料B:六亚甲基二异氰酸酯(HDI)10份、发泡剂2.2份、泡沫稳定剂0.1份、安息香乙醚光引发剂(BEE)0.2份,加入到2号模具中,在料温30℃搅拌速度180r/min的条件下搅拌均匀;然后将反应物料A与反应物料B按照1.2:1质量比混合,经专业设备快速搅拌至产生气泡,静置72h,得到发泡后的杂化交联网络的动态聚合物。将发泡后的杂化交联网络的动态聚合物加入到3号模具中,在室温下固化30min,然后在120℃下固化2h,即得到一种软质聚氨酯基泡沫材料。
力学性能测试:拉伸强度(MPa):3.6;伸长率(%):680;
该材料具有优异的柔韧性及耐磨性,能够用于制备汽车内饰材料。该材料还具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定自修复性。
实施例5
本实施例制备成为离子液体凝胶具体步骤如下:
将1,4-戊二烯-3-醇84g和甲基异氰酸酯57g,以2g三乙胺作为催化剂,在250ml二氯甲烷中反应,制得侧基带有氨基甲酸酯基的双烯化合物。
将相对于离子液体15~25wt%的三硫代碳酸二-2-丙烯基酯和二烯丙基砜,加入到1-丁基 -3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4MIM]PF6)离子液体中,再加入相对于单体0.1~20wt%的交联剂季戊四醇四(3-巯基丙酸)酯和少量的BHT抗氧剂及相对于单体0.05~0.55wt%的光引发剂安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具1中,放在紫外交联仪中紫外辐射4小时,即可得到第1网络聚合物。
再将相对于离子液体15~25wt%的1,4-丁二硫醇、上述制得的侧基带有氨基甲酸酯基的双烯化合物和少量的BHT抗氧剂及相对于离子液体25~50wt%第1网络聚合物,加入到1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4MIM]PF6)离子液体中,再加入相对于单体0.05~0.55wt%的光引发剂安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具2中,放在紫外交联仪中紫外辐射10小时,即得到一种性能可调的二元互穿网络的离子液体动态聚合物凝胶。
该实例制备的离子液体凝胶的模量在15-30kPa,断裂伸长率可以达到6-10倍,断裂应力在30-75kPa。该材料具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定自修复性及可塑性。
实施例6
本实施例制备成为泡沫材料方法如下:
先向反应器中加入适量的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醇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醇的摩尔比为1:2,整个过程控制反应温度在10℃,滴加完成后反应结束,得到含有三硫酯基的双烯化合物。
将2-异氰酸基-2-甲基丙烷和2-甲基-3-丁炔-二胺按照摩尔比为1:1反应制得N-(1,1-二甲基乙基)-N′-(1,1-二甲基-2-丙炔-1-基)脲。
将10摩尔当量的N-(1,1-二甲基乙基)-N′-(1,1-二甲基-2-丙炔-1-基)脲、11摩尔当量的 4,4′-二巯基二苯硫醚、少量的BHT抗氧剂、适量的安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具1中,放在紫外交联仪中紫外辐射4h,得到第2网络聚合物。
将20摩尔当量的1,6-己二硫醇、14摩尔当量的上述制得的含有三硫酯基的双烯化合物、 4摩尔当量的三烯丙基异三聚氰酸酯、少量的BHT抗氧剂、适量的可发泡聚合物微球及占总质量45%的第2网络聚合物、适量的安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具2中,放在紫外交联仪中紫外辐射10h,即得到一种二元互穿网络复合泡沫材料。
该材料可用于保温隔热材料等,该材料还具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性。
实施例7
制备成为离子液体凝胶具体步骤如下:
将相对于离子液体15~25wt%的三硫代碳酸二-2-丙烯基酯和3-巯基-2-(巯基甲基)-N- 甲基丙酰胺、少量的BHT抗氧剂,加入到1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4MIM]PF6)离子液体中,再加入相对于单体0.1~20wt%的交联剂季戊四醇四(3-巯基丙酸)酯和相对于单体0.05~ 0.55wt%的光引发剂安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具1中,放在紫外交联仪中紫外辐射4小时,即可得到第2网络动态聚合物。
再将相对于离子液体15~25wt%的三硫代碳酸二(2-甲基-2-丙烯基)酯、间二烯丙基苯和相对于离子液体25~50wt%第2网络聚合物及少量的BHT抗氧剂,加入到1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4MIM]PF6)离子液体中,再加入相对于单体0.1~20wt%的交联剂季戊四醇四(3-巯基丙酸)酯和相对于单体0.05~0.55wt%的光引发剂安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具2中,放在紫外交联仪中紫外辐射8小时,即得到一种性能可调的二元互穿网络的离子液体动态聚合物凝胶。
该实例制备的离子液体凝胶的模量在16kPa,断裂伸长率可以达到8倍,断裂应力在40kPa。在本实施例中,可将制得的动态聚合物凝胶作为聚合物电解质应用于聚合物电池材料,同时在光的作用下具有一定的自修复性。
实施例8
本实施例具体制备方法如下:
以甲醇为溶剂,甲醇钠为催化剂,将乙二硫醇和3-氯-2-氯甲基-1-丙烯以摩尔比为2:1比例混合,在加热条件下反应16h,得到2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷二基)二(硫)]二乙硫醇。
将1摩尔当量的1,4-戊二烯-3-胺和1摩尔当量的乙基异氰酸酯,以三乙胺作为催化剂,二氯甲烷为溶剂,反应制得N-乙基-N′-(1,3-戊二烯基)脲。
将15摩尔当量的N-乙基-N′-(1,3-戊二烯基)脲、14摩尔当量的己二硫醇、少量的BHT 抗氧剂、适量的安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具1 中,放在紫外交联仪中紫外辐射4h,得到第2网络聚合物。
将15摩尔当量的2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷二基)二(硫)]二乙硫醇、18摩尔当量的己二酸二烯丙酯、2摩尔当量的三聚硫氰酸、少量的BHT抗氧剂及35%总质量分数的第2网络聚合物、适量的安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具2中,放在紫外交联仪中紫外辐射10h,即得到一种二元互穿网络动态聚合物材料。
所得聚合物拉伸强度为5.8MPa,断裂伸长率为244%。此外,制得的产品也具有良好的可塑性,可根据实际需要放置于不同形状的模具中,并在一定温度条件下施加一定压力,即可根据模具成型为不同形状的聚合物产品,可以用于制备手机保护壳材料。
实施例9
本实施例具体制备方法如下:
以三乙胺为催化剂,将1,3-戊二烯基异氰酸酯和丙醇按摩尔比为1:1反应合成N-1,3-戊二烯基氨基甲酸丙酯。
将10摩尔当量的N-1,3-戊二烯基氨基甲酸丙酯、11摩尔当量的己二硫醇、少量的BHT 抗氧剂、适量的安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具1 中,放在紫外交联仪中紫外辐射4h,得到第2网络聚合物。
将12摩尔当量的N-1,3-戊二烯基氨基甲酸丙酯、20摩尔当量的三硫代碳酸二(2-丁烯基) 酯、15摩尔当量的季戊四醇四(3-巯基丙酸)酯、少量的BHT抗氧剂及40%质量份数的第2网络聚合物、0.5份安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具 2中,放在紫外交联仪中紫外辐射10h,即得到一种二元互穿网络动态聚合物材料。
所得聚合物可用作防撕裂的胶黏剂、封堵胶,在光的作用下具有一定的自修复性。
实施例10
本实施例具体制备方法如下:
在干燥洁净的圆底烧瓶中加入6摩尔当量的环己基-1,4-二甲醇单乙烯基醚、6摩尔当量的三硫代碳酸二-2-丙烯基酯,通氮气保护,加入60mL的二氯甲烷溶剂进行搅拌溶解,再加入少量的光引发剂DMPA和少量的抗氧剂BHT,搅拌均匀;另外分别取9摩尔当量的3-巯基-2- (巯基甲基)-N-甲基丙酰胺和2摩尔当量的2,3-二硫代(2-巯基)-1-丙烷硫醇,分别溶解于20 mL二氯甲烷溶剂配制成溶液后,在搅拌状态下通过注射剂分别注入圆底烧瓶中,用紫外光照射1h,得第1网络动态聚合物。
再取一个干燥洁净的圆底烧瓶,加入10摩尔当量的双酚A双烯丙基醚和占总质量份数 45%的第1网络动态聚合物,通氮气保护,加入50mL的二氯甲烷溶剂进行搅拌溶解,再加入少量的光引发剂DMPA和少量的抗氧剂BHT,搅拌均匀;另外取9摩尔当量的3-巯基-2-(巯基甲基)-N-甲基丙酰胺,溶解于20mL二氯甲烷溶剂配制成溶液后,在搅拌状态下通过注射剂注入圆底烧瓶中,用紫外光照射1h,得到杂化交联网络动态聚合物。
该动态聚合物可用于具有自修复功能的涂层材料,在光的作用下能够修复细小的裂纹。
实施例11
本实施方式制备一种环氧树脂方法如下:
以无水四氢呋喃为溶剂,氢化钠为催化剂,环氧氯丙烷和3-巯基-2-巯甲基-1-丙烯以摩尔比为2:1混合,在常温下反应得到2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷基)二(硫亚甲基)]二环氧乙烷。
将10摩尔当量的2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷基)二(硫亚甲基)]二环氧乙烷、10摩尔当量的二(2,3-环氧丙基)对苯二甲酸酯、17摩尔当量的3-巯基-2-(巯基甲基)-N-甲基丙酰胺溶解在二氯甲烷中,以氢氧化钾为催化剂反应生成端环氧基的预聚物;然后加入2摩尔当量的甲苯 -2,4,6-三胺,搅拌充分混合后于常温下反应1h,得到第1网络动态聚合物。
先将10摩尔当量的2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷基)二(硫亚甲基)]二环氧乙烷与8.5摩尔当量的N,N-二(2-羟乙基)-N′-丙基-尿溶解在二氯甲烷中,以氢氧化钾为催化剂,加热反应得到端环氧基的预聚物,然后加入1摩尔当量的交联剂1,4,7-吩嗪三胺、适量的光引发剂DMPA 以及55%总质量分数的第1网络动态聚合物,搅拌充分混合后,加热固化即得到一种二元互穿网络环氧树脂。
力学性能测试:拉伸强度(MPa):30.5;伸长率(%):115;
该材料具有良好机械性能及耐磨,可以用于汽车零件、消音齿轮、化工设备管道阀件中的防腐耐磨材料等。该材料还具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性。
实施例12
本实施例具体步骤如下:
将3摩尔当量的二硒化碳、4摩尔当量的苄基氯、5摩尔当量的碳酸钾在常温下溶解于适量的DMSO/H2O(体积比为4/1)混合溶剂中,后在氮气保护下于0℃搅拌反应30min。反应完成后,经乙醚萃取、水洗,有机相用无水硫酸钠干燥、过滤、后于真空干燥,然后以正己烷为洗脱液过柱,最终得到产物硒,硒′-二苄基三硒代碳酸酯。
在无氧条件下,以无水四氢呋喃为溶剂,AIBN为引发剂,加入摩尔比为100:16:5的异丙基丙烯酰胺、壬二酸二烯丙酯以及硒,硒′-二苄基三硒代碳酸酯,65℃下反应12h得到第1 网络动态聚合物。
在干燥洁净的烧瓶中加入120mL THF溶剂,通氮气除水除氧1h,然后加入12摩尔当量的三硫代碳酸二-2-丙烯基酯,6摩尔当量的3-巯基-2-(巯基甲基)-N-甲基丙酰胺,9摩尔当量的二(2-巯基乙基)琥珀酸酯,30%质量份数的第1网络动态聚合物,加热到60℃搅拌溶解后,再加入少量的BHT抗氧剂,2摩尔当量的亚磷酸三烯丙酯,适量的AIBN,适量的三乙胺,在氮气保护条件下反应4h;反应完成后,将反应液进行抽滤除溶剂得初产物,利用正己烷/二氯甲烷(2:1)洗脱去杂质,然后在60℃条件下干燥12h后得到具有较大粘性的动态聚合物样品,可将其作为一种热塑性粘结剂用于橡胶、塑料等材料的粘结。
实施例13
本实施例具体步骤如下:
以甲醇为溶剂,甲醇钠为催化剂,将巯基乙醇和3-氯-2-氯甲基-1-丙烯摩尔比为2:1比例混合,在加热条件下反应16h制得2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷二基)二(硫)]二乙醇。
在干燥洁净的烧瓶中称取12摩尔当量的羟丙基封端的聚二甲基硅氧烷二元醇(分子量约为1000),加热到110℃除水1h,然后加入8.8摩尔当量的六亚甲基二异氰酸酯(HDI),在氮气保护条件下于85℃反应1.5h;然后降温到60℃,加入0.5摩尔当量的N,N-二(2-羟乙基) -N′-丙基-尿,1.8摩尔当量的2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷二基)二(硫)]二乙醇,150mL丙酮,3 滴辛酸亚锡,搅拌均匀后升温至85℃回流反应2h;后降温至60℃,再加入0.2摩尔当量的三乙醇胺作为交联剂继续搅拌反应1h,得到具有一定粘度的聚合物流体。然后加入7.5%质量分数的石墨烯粉,适量的十二烷基苯磺酸钠,搅拌分散30min后,进行超声15min,再搅拌30min,使得石墨烯粉在聚合物基体中分散均匀;真空除去丙酮,冷却至室温,最终得到具有高弹性的石墨烯增强聚氨酯基纳米复合材料,所得的动态聚合物具有优异的导电性,作用在动态聚合物上的微小应力能够以电流变化的形式表现出来,具有灵敏的应力传感功能。在本实施例中,可将制得的动态聚合物应用于医疗器械应力传感装置,并且可利用红外遥感加热进行自修复。
实施例14
具体制备步骤如下:
在反应器中加入摩尔比为2.1:1的二硫化碳和3-溴丙基叔丁基二甲基硅醚,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,碳酸钾作用下于40℃反应24h得到中间产物1。中间产物1在四丁基氟化铵和乙酸作用下脱保护,得到三硫代碳酸二(3-羟基丙基)酯。
首先向BUSS式外循环反应器中加入65g聚四氢呋喃二醇,催化剂KOH 1.25g,再进行氮气置换,加热至120℃之后分别加入环氧丙烷900g、(S)-(环氧乙烷甲基)氨基甲酸叔丁酯256g进行反应,反应温度控制140~150℃。在恒温条件下,进行熟化反应40分钟,待反应器压力不再下降时,开始为反应器物料降温。待温度降为70℃时加入乙酸进行中和反应,至反应体系的pH为6.8,得到一种侧基含有氨基甲酸酯基的聚醚多元醇。
在干燥洁净的烧瓶中称取25.34g上述制得的侧基含有氨基甲酸酯基的聚醚多元醇,加热到110℃除水1h,然后加入12.32g六亚甲基二异氰酸酯,在氮气保护条件下于85℃反应1.5h,然后降温到60℃,加入1.45g三硫代碳酸二(3-羟基丙基)酯,75mL丙酮,3滴辛酸亚锡,搅拌均匀后升温至85℃回流反应2h,降温至60℃,再加入1.65g三乙醇胺继续搅拌反应1h,得到具有一定粘度的聚合物流体,经除溶剂后得到一种柔性的动态聚合物弹性体材料,可将其作为具有粘性-弹性魔幻转换效果的玩具使用。
实施例15
本实施方式制备聚氨酯软质泡沫材料的具体步骤如下:
将胞嘧啶与两端为琥珀酰亚胺琥珀酸酯基的聚乙二醇在三乙胺的催化下反应,得到两端为胞嘧啶基的聚乙二醇。
将端羟基聚丁二烯(HTPB)和2-叔丁氧羰基氨基乙硫醇以HTPB侧基双键摩尔数:2-叔丁氧羰基氨基乙硫醇的巯基摩尔数为1:1.2混合,然后加入相对于2-叔丁氧羰基氨基乙硫醇 0.2wt%的光引发剂安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分后,放在紫外交联仪中紫外辐射4小时,得到侧基带有氨基甲酸酯基团的HTPB。
按重量份数称取反应物料A:三硫代碳酸二(3-羟基丙基)酯(合成过程见实施例14)2 份、侧基带有氨基甲酸酯基团的HTPB 12份、1,4-丁二醇0.4份、两端为胞嘧啶基的聚乙二醇 8份、二月桂酸二丁基锡0.2份、二亚乙基三胺0.2份、有机硅油0.2份、二氯甲烷2份,加入到1号模具中,在料温30℃、搅拌速度180r/min的条件下搅拌均匀;反应物料B:HDI三聚体10份、发泡剂2.5份、泡沫稳定剂0.1份,加入到2号模具中,在料温30℃搅拌速度 180r/min的条件下搅拌均匀;然后将反应物料A与反应物料B按照1.2:1质量比混合,经专业设备快速搅拌至产生气泡,静置72h,得到分散有超分子聚合物的单一网络动态聚合物的软质聚氨酯泡沫。将发泡后的杂化交联网络的动态聚合物加入到3号模具中,在室温下固化30min,然后在120℃下固化2h,即得到一种软质聚氨酯基泡沫材料。
力学性能测试:拉伸强度(MPa):3.2;伸长率(%):620;
该材料可以用于枕头等材料,在光的作用下还具有一定的自修复性能。
实施例16
以三乙胺为催化剂,将乙基异氰酸酯和炔丙胺按摩尔比为1:1反应制得N-乙基-N′-2- 丙炔基脲。
再将10份N-乙基-N′-2-丙炔基脲、18份三硫代碳酸二-2-丙烯基酯和18份交联剂1,2,6- 己烷三基三(巯基乙酸酯)、少量的BHT抗氧剂以及1.2份可发泡的聚合物微球,搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具中,放在紫外交联仪中紫外辐射4h,产生气泡,将发泡后的动态聚合物加入到模具中,在室温下固化2h,然后在80℃下固化2h,即得到一种泡沫材料。
力学性能测试:拉伸强度(MPa):4.6;伸长率(%):480;
该泡沫材料具有很好的柔韧性,可用作日用制品等。同时,该材料还具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性。
实施例17
将8.34g氢化苯基甲烷二异氰酸酯和16.64g分子量为2000的对氨基苯基双封端的聚四氢呋喃加入到干燥洁净的三口烧瓶中,通氮气保护,于70℃反应1h;后加入60mL溶解有1.86 g二硫代氨基甲酸N-氨基乙基-S-氨基乙基酯和0.48g 5,6-二氨基-2-甲基-4(3H)-嘧啶酮的二甲基乙酰胺溶液,搅拌均匀后开始反应,反应温度控制在60~75℃之间,反应1.5h后,再加入 10mL溶有1.24g二亚乙基三胺的二甲基乙酰胺溶液以及少量的DMPA光引发剂,继续反应2 h,得到粘稠状聚脲流体。将15%的聚脲溶液在玻璃板上制成一定厚度的液膜,置于60℃烘箱中干燥4h去除溶剂。用水浸泡、冲洗后脱膜,烘干后得到无色透明的聚脲膜。
该薄膜材料具有极好的耐水性,可用于聚脲基防水材料,同时具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性,能够修复细微的裂纹。
实施例18
本实施例制备一种泡沫聚氨酯材料具体步骤如下:
以异氰酸酯丙烯酸乙酯为单体,AIBN为引发剂,加热到65℃反应4h,通过自由基聚合制得聚异氰酸酯丙烯酸乙酯;将制得的聚异氰酸酯丙烯酸乙酯和一定量的丙醇混合,以三乙胺作为催化剂,在二氯甲烷中反应,控制反应中聚异氰酸酯丙烯酸乙酯中的异氰酸根的摩尔数n和丙醇中羟基的摩尔数x的比值约为10:6,使得聚异氰酸酯丙烯酸乙酯侧基带有氨基甲酸酯基团。
按重量份数称取反应物料A:三硫代碳酸二(3-羟丙基)酯1份、苯酐-丁二醇聚酯二元醇14份、扩链剂1,4-丁二醇0.4份、二月桂酸二丁基锡0.2份、二亚乙基三胺0.2份、有机硅油0.2份,加入到1号模具中,在料温30℃、搅拌速度180r/min的条件下搅拌均匀;反应物料B:二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)8份、上述制得的侧基含有氨基甲酸酯基的聚异氰酸酯4份、发泡剂2.5份、泡沫稳定剂0.1份、光引发剂安息香双甲醚(DMPA)0.5份,加入到2号模具中,在料温30℃搅拌速度180r/min的条件下搅拌均匀;然后将反应物料A与反应物料B按照1.2:1质量比混合,经专业设备快速搅拌至产生气泡,静置72h,得到基于单一网络动态聚合物的聚氨酯基泡沫塑料。将发泡后的杂化交联网络的动态聚合物加入到3号模具中,在室温下固化30min,然后在120℃下固化2h,即得到一种聚氨酯基泡沫材料。
力学性能测试:拉伸强度(MPa):6.6;伸长率(%):420;
该材料具有轻质、高强、高韧性的特性,可用广泛用于建筑及家具业。该材料还具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性。
实施例19
制备成为离子液体凝胶具体步骤如下:
以三乙胺为催化剂,将乙基异氰酸酯和炔丙胺按摩尔比为1:1反应制得N-乙基-N′-2- 丙炔基脲。
将10摩尔当量的丁二酸二丙烯酰胺(通过丁二酸与丙烯胺通过酰胺化反应制得)、3摩尔当量的N-乙基-N′-2-丙炔基脲、12摩尔当量的1,4-丁二硫醇、少量的BHT抗氧剂、适量的安息香双甲醚光引发剂(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具1中,放在紫外交联仪中紫外辐射4h,得到超分子聚合物,将其破碎成小颗粒。
将12摩尔当量的双酚A双烯丙基醚、20摩尔当量的三硫代碳酸二-(2-甲基-2-丙烯基) 酯、21摩尔当量的1,2,6-己烷三基三(巯基乙酸酯)、少量的BHT抗氧剂及5%质量份数的超分子聚合物颗粒、适量的安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具2中,放在紫外交联仪中紫外辐射6h,得到粘稠状的动态聚合物;然后取100质量份的动态聚合物,将其溶胀于200质量份的聚乙二醇齐聚物中,得到具有杂化交联网络的动态聚合物齐聚物溶胀凝胶。
该齐聚物溶胀凝胶具有良好的柔韧性,可以作为具有一定的自修复性能的骨科康复用凝胶材料使用。
实施例20
先向反应器中加入适量的3,3′-二丙酸三硫代碳酸酯和三苯基磷,在无氧条件下加入4-叠氮基-2-碘苯酚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4-叠氮基-2-碘苯酚的摩尔比为1:2,整个过程控制反应温度在10℃,滴加完成后反应结束,得到含有三硫酯基的二叠氮化合物。
将1,4-戊二烯-3-醇84g和甲基异氰酸酯57g,以2g三乙胺作为催化剂,在250ml二氯甲烷中反应,制得侧基带有氨基甲酸酯基的双烯化合物。
在干燥洁净的圆底烧瓶中加入适量的四氢呋喃/DMF混合溶剂,密封后,利用氩气鼓泡除氧1h,然后利用注射器加入8摩尔当量的含有三硫酯基的二叠氮化合物,11摩尔当量的己二酸二炔丙基酯,2摩尔当量的2,4,6-三叠氮基-S-三嗪,适量的N,N-二异丙基乙胺,然后利用注射器将配置好的一价铜-四氢呋喃溶液(0.01摩尔当量的碘化亚铜溶解于适量的四氢呋喃溶剂中)加入到反应瓶中。将反应瓶加热到55℃,在搅拌的状态下反应60h,得到第1网络。
将6摩尔当量的侧基带有氨基甲酸酯基的双烯化合物、6摩尔当量的1,3-二烯丙基脲、12 摩尔当量的己二硫醇、少量的BHT抗氧剂及35%质量份数的第1网络聚合物、适量的安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具2中,放在紫外交联仪中紫外辐射6h,得到块状的杂化交联网络的动态聚合物,再经过热压成型,可作为具有自修复及再加工性的塑料板材使用。
实施例21
将胞嘧啶与两端为琥珀酰亚胺琥珀酸酯基的聚乙二醇在三乙胺的催化下反应,得到两端为胞嘧啶基的聚乙二醇。
先向反应器中加入适量的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,整个过程控制反应温度在10℃,滴加完成后反应结束,得到含有三硫酯基的双烯化合物。
以AIBN为引发剂,四氢呋喃为溶剂,上述制得的含有三硫酯基的双烯化合物、甲基丙烯酸丁酯为单体,控制两者物质的量的比为16:100,在70℃下通过自由基聚合得到动态聚合物网络。
将10份两端为胞嘧啶基的聚乙二醇,20份动态聚合物网络、少量的BHT抗氧剂以及1.2 份可发泡的聚合物微球,搅拌充分混合后,倒入模具中,加热产生气泡,将发泡后的动态聚合物加入到模具中,在室温下固化2h,然后在80℃下固化2h,即得到一种动态聚合物泡沫材料。
力学性能测试:拉伸强度(MPa):3.6;伸长率(%):440;
该泡沫材料可用作冷库保温隔热、管道保温等。同时,该材料还具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性。
实施例22
本实施方式制备一种泡沫材料方法如下:
首先向BUSS式外循环反应器中加入50g聚乙二醇,催化剂KOH 1.25g,再进行氮气置换,加热至120℃之后分别加入环氧乙烷680g、(S)-(环氧乙烷甲基)氨基甲酸丁酯256g进行反应,反应温度控制140~150℃。在恒温条件下,进行熟化反应40分钟,待反应器压力不再下降时,开始为反应器物料降温。待温度降为70℃时加入乙酸进行中和反应,至反应体系的pH为6.8,得到一种侧基含有氨基甲酸酯基的聚醚二元醇。
在反应器中加入摩尔比为2.1:1的二硫化碳和对-溴甲基叔丁基二甲基硅醚,以乙氰为溶剂,碳酸钾作用下于40℃反应24h得到中间产物1;中间产物1在四丁基氟化铵和乙酸作用下脱保护,得到三硫代碳酸二(4-(羟甲基)苄基)酯。
按重量份数称取反应物料A:侧基含有氨基甲酸酯基的聚醚二元醇12份、三硫代碳酸二(4-(羟甲基)苄基)酯1.4份、扩链剂1,4-丁二醇0.2份、二月桂酸二丁基锡0.2份、三乙醇胺0.4份、有机硅油0.1份,加入到1号模具中,在料温30℃、搅拌速度180r/min的条件下搅拌均匀;反应物料B:2,4-甲苯二异氰酸酯13份、发泡剂2.5份、泡沫稳定剂0.1份,加入到2号模具中,在料温30℃搅拌速度180r/min的条件下搅拌均匀;然后将反应物料A与反应物料B按照1.2:1质量比混合,经专业设备快速搅拌至产生气泡,静置72h,得到得到第 1网络聚合物。
将1-四级丁基-3,3′-二(2-羟乙基)尿6份、可发泡聚合物微球0.4份、1,4-丁二醇0.2份,二月桂酸二丁基锡0.2份,有机硅油0.1份加入到3号模具中,再向3号模具中加入10份第 1网络聚合物,7wt%碳纳米管、5wt%石墨烯,搅拌均匀,得到混合料C;然后将8份2,4-甲苯二异氰酸酯加入到4号模具中,再将混合料C加入到4号模具中,经专业设备快速搅拌至产生气泡,静置72h,得到发泡后的杂化交联网络的动态聚合物。将发泡后的杂化交联网络的动态聚合物加入到5号模具中,在室温下固化30min,然后在80℃固化4h,即得到一种二元半互穿网络复合泡沫材料。
力学性能测试:拉伸强度(MPa):5.8;伸长率(%):880;
该材料具有轻质、高强、导电导热、保温效果好的特点,在光的作用下还具有一定的自修复性能,可用于汽车结构件、保温材料等。
实施例23
(1)由端羟基聚丁二烯(HTPB)和末端带巯基的氨基甲酸酯化合物反应,使得HTPB的侧基上带有氨基甲酸酯基;
再通过侧基上带有氨基甲酸酯基的HTPB与六亚甲基二异氰酸酯反应得到所述的第2网络。
本实施方式制备一种泡沫材料方法如下:
首先向BUSS式外循环反应器中加入150g聚氧化丙烯三醇,催化剂KOH 1.25g,再进行氮气置换,加热至120℃之后加入(S)-(环氧乙烷甲基)氨基甲酸叔丁酯250g进行反应,反应温度控制140~150℃。在恒温条件下,进行熟化反应40分钟,待反应器压力不再下降时,开始为反应器物料降温。待温度降为70℃时加入乙酸进行中和反应,至反应体系的pH为6.8,得到一种侧基含有氨基甲酸酯基的聚醚多元醇。
将端羟基聚丁二烯(HTPB)和2-叔丁氧羰基氨基乙硫醇以HTPB侧基双键摩尔数:2-叔丁氧羰基氨基乙硫醇的巯基摩尔数为1:1.2混合,然后加入相对于2-叔丁氧羰基氨基乙硫醇 0.2wt%的光引发剂安息香双甲醚(DMPA),搅拌充分后,放在紫外交联仪中紫外辐射4小时,得到侧基带有氨基甲酸酯基的HTPB。
按重量份数称取反应物料A:三硫代碳酸二(3-羟丙基)酯2份、上述制得的侧基含有氨基甲酸酯基的聚醚多元醇12份、1,4-丁二醇0.2份、二月桂酸二丁基锡0.2份、三乙醇胺0.4份、有机硅油0.1份,加入到1号模具中,在料温30℃、搅拌速度180r/min的条件下搅拌均匀;反应物料B:2,4,6-甲苯三异氰酸酯13份、发泡剂2.5份、泡沫稳定剂0.1份,加入到2号模具中,在料温30℃、搅拌速度180r/min的条件下搅拌均匀;然后将反应物料A与反应物料B按照1.2:1质量比混合,经专业设备快速搅拌至产生气泡,静置72h,得到第1网络聚合物。
将侧基带有氨基甲酸酯基的HTPB 14份、可发泡聚合物微球1.5份、1,4-丁二醇0.4份、二月桂酸二丁基锡0.2份、有机硅油0.1份,加入到3号模具中,再向3号模具中加入16份第1网络聚合物,搅拌均匀,得到混合料C;然后将六亚甲基二异氰酸酯12份加入到4号模具中,再将混合料C加入到4号模具中,经专业设备快速搅拌至产生气泡,静置72h,得到发泡后的杂化交联网络的动态聚合物。将发泡后的杂化交联网络的动态聚合物加入到5号模具中,在室温下固化30min,然后在80℃固化4h,即得到一种二元互穿网络复合泡沫材料。
力学性能测试:拉伸强度(MPa):4.2;伸长率(%):580;
该材料可以用于制造衬垫材料、保温隔热材料、绝缘材料。该材料还具有光刺激响应性,在光的作用下具有一定的自修复性。
实施例24
本实施例制备成为泡沫材料方法如下:
以甲醇为溶剂,甲醇钠为催化剂,将乙二硫醇和3-氯-2-氯甲基-1-丙烯以摩尔比为2:1比例混合,在加热条件下反应16h,得到2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷二基)二(硫)]二乙硫醇。
将8摩尔当量的2,2′-[(2-亚甲基-1,3-丙烷二基)二(硫)]二乙硫醇、9摩尔当量的3-巯基 -2-(巯基甲基)-N-甲基丙酰胺、14摩尔当量的1,3-二烯丙基脲、2摩尔当量的三烯丙基胺、少量的BHT抗氧剂、适量的光引发剂DMPA,搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具1中,放在紫外交联仪中紫外辐射4h,得到第1网络动态聚合物。
将12摩尔当量的丙烯基二硫代氨基甲酸丙烯酯、18摩尔当量四级丁基(1,3-二巯基丙烷 -2-基)氨基甲酸酯、15摩尔当量的二烯丙基砜、6摩尔当量的三聚硫氰酸、少量的BHT抗氧剂以及45%总质量分数的第1网络动态聚合物、适量的光引发剂DMPA,搅拌充分混合后,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具2中,放在紫外交联仪中紫外辐射6h,即得到所述的杂化交联网络动态聚合物。该材料具有良好的柔韧性,可将其作为可拉伸包装薄膜进行使用。
实施例25
在干燥洁净的烧瓶中称取25.32g的聚四氢呋喃二醇1000,加热到110℃除水1h,然后加入12.5g异氟尔酮二异氰酸酯,在氮气保护条件下于85℃反应1.5h,然后降温到60℃,加入3.2gN,N-二(2-羟乙基)-N′-丙基-尿,25g丙酮,3滴辛酸亚锡,搅拌均匀后升温至85℃回流反应2h,得到第2网络聚合物。
另取一个干燥洁净的圆底烧瓶,称取25.32g聚四氢呋喃二醇1000,加热到110℃除水1h,然后加入12.5g异氟尔酮二异氰酸酯,在氮气保护条件下于85℃反应1.5h;然后降温到60℃,加入2.24g三硫代碳酸二(羟甲基)酯,0.44g 1,4-丁二醇,25g丙酮,3.2g有机蒙脱土分散于20mLDMF的溶液,3滴辛酸亚锡,搅拌15min,超声15min,再搅拌15min,升温至85℃回流反应2h;后降温至60℃,加入第1网络聚合物20g,二丙烯三胺1.44g继续反应1h,得到杂化交联网络动态聚合物流体,经除溶剂得到粘稠状的蒙脱土插层改性动态聚合物。该动态聚合物材料可以制备成具有自修复性的密封材料,用于电子电器的密封和防水,如耳机孔塞、充电孔塞等,具有优异的粘结性及气密性,同时该动态聚合物在光的作用下还具有一定的自修复性,能够修复细小的裂纹。
实施例26
以等摩尔量的N,N-二甲基丙烯酰胺和N-氨基甲酰丙烯酰胺为原料,加入过硫酸钾作为引发剂,通过自由基聚合制备得到含有侧氢键基团的丙烯酰胺共聚物,将其破碎成小颗粒。
先向反应器中加入适量的3,3′-二丙酸三硫代碳酸酯和三苯基磷,在无氧条件下加入N- 羟乙基丙烯酰胺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N-羟乙基丙烯酰胺的摩尔比为1:2,整个过程控制反应温度在10℃,滴加完成后反应结束,得到链上含有酰胺基和三硫酯基的双烯化合物。
以AIBN为引发剂,四氢呋喃为溶剂,上述制得的链上含有酰胺基和三硫酯基的双烯化合物、异丙基丙烯酰胺、丙烯酸丁酯为单体,控制三者物质的量的比为16:25:100,在70℃下通过自由基聚合得到三者的无规共聚物,即动态聚合物网络。
在干燥洁净的烧瓶中加入120mL THF溶剂,通氮气除水除氧1h,然后加入100重量份的动态聚合物网络,2wt%丙烯酰胺共聚物颗粒,加热到60℃搅拌溶解后,再加入少量的BHT 抗氧剂,5wt%镓铟液态合金,混合搅拌均匀后,在氮气保护条件下反应4h;反应完成后,将反应液进行抽滤除溶剂得初产物,利用正己烷/二氯甲烷(2:1)洗脱去杂质,然后在60℃条件下干燥12h后得到动态聚合物样品。在本实施例中,可将聚合物产品作为导热密封胶,应用于建筑物嵌缝的密封、电子元件的密封处理,在具备良好密封性和导热性的同时还具有一定的自修复性。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,其中包含动态共价交联和超分子氢键作用;其中,所述的动态共价交联基于至少一种可逆加成断裂链转移动态共价键且其在至少一个网络结构中达到动态共价交联的凝胶点以上,所述超分子氢键作用包含通过存在于聚合物链的侧基或者侧链或者侧基和侧链上的侧氢键基团参与形成的氢键作用,其中所述侧氢键基团中包含含有如下结构成分的基团:
2.根据权利要求1所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
其中,指的是聚合物链、交联链接或者其他任意合适的基团的连接;A选自C原子、S原子、Se原子;
当A为C原子时,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
其中,R1、R2、R3、R4各自独立存在;Z2为与C3碳原子直接相连的二价连接原子或二价连接基团;
当Z2选自二价连接基团时,Z1为与双键C2碳原子直接相连的二价连接基团;
当Z2选自二价连接原子时,其选自S原子,此时Z1为与双键C2碳原子直接相连的二价连接基团;当Z2为S原子时,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式:
当A为S原子或Se原子时,R1、R2、R3、R4不存在;
当A为S原子或Se原子时,Z1选自O原子、S原子、Se原子、Si原子、C原子、N原子、P原子;此时,所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其具有如下结构通式中的至少一种:
当Z1为O原子、S原子、Se原子时,R5、R6、R7不存在;
当Z1为N原子时,R5存在,R6、R7不存在;
当Z1为Si原子、C原子时,R5、R6存在,R7不存在;
当Z1为P原子时,R5、R6、R7、R8存在;
Z2为与S原子或Se原子直接相连的二价连接基团;Z3为与Z1原子直接相连的二价连接基团。
3.根据权利要求2所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8各自独立地选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基、取代的杂烃基。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,所述可逆加成断裂链转移动态共价键选自烯丙基、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团。
5.根据权利要求1所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,所述聚合物链侧基、侧链骨架上的侧氢键基团和端基上的端基氢键基团,其具有如下结构通式中的至少一种:
其中,X为O原子或S原子,M选自O原子、S原子、Si原子、C原子、N原子;
当M为O原子或S原子时,R9不存在;
当M为C原子、Si原子或N原子时,R9和R10各自独立存在;
L1和L2均为二价连接基团,G为末端封端基团或链段;
R9、R10、L1、L2、G任意两个或者多个之间成环或不成环。
6.根据权利要求1所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,所述杂化交联网络动态聚合物的侧基或端基上还选择性地含有羟基、巯基、羧基。
7.根据权利要求1所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,平均每100个主链骨架重复单元接入含所述侧氢键基团的侧基或者侧链或者侧基和侧链的数目为0.1至200个。
8.根据权利要求1所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,所述动态聚合物中还含有主链骨架氢键基团和其他端基氢键基团中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,其具有如下网络结构中的一种:
第一种:动态聚合物只有一个交联网络,此交联网络含有动态共价交联和超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上;
第二种:动态聚合物由两个交联网络构成,其中,第1网络中含有动态共价交联且动态共价交联达到其凝胶点以上,其中不含有任何氢键基团;第2网络中不含共价交联但含有超分子氢键交联;
第三种:动态聚合物由两个网络构成,其中,第1网络中含有动态共价交联且动态共价交联达到其凝胶点以上,其中不含有任何氢键基团;第2网络中含有动态共价交联和超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上;
第四种:动态聚合物由两个网络构成,其中,第1网络中含有动态共价交联和超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上;第2网络中不含共价交联但含有超分子氢键交联;
第五种:动态聚合物由两个网络构成,其中,第1网络和第2网络中均含有动态共价交联和超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上,但上所述第1和第2网络不相同;
第六种:动态聚合物只有一个交联网络,此交联网络含有动态共价交联和可选的超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上;在动态共价交联网络中分散有超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物;
第七种:动态聚合物只有一个交联网络,此交联网络含有动态共价交联和可选的超分子氢键交联,所述动态共价交联达到其凝胶点以上;在动态共价交联网络中分散有超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物颗粒。
10.根据权利要求1所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,构成动态聚合物的原料组分还包括以下任一种或任几种可添加或可使用物:溶剂、助剂、添加剂、填料;
其中,所述的可添加或可使用的助剂、添加剂选自以下任一种或任几种:催化剂、引发剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、增韧剂、偶联剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、抗静电剂、乳化剂、分散剂、着色剂、荧光增白剂、消光剂、阻燃剂、杀菌防霉剂、脱水剂、成核剂、流变剂、增稠剂、触变剂、流平剂、泡沫稳定剂、发泡剂;
其中,所述的可添加或可使用的填料选自以下任一种或任几种:无机非金属填料、金属填料、有机填料。
11.根据权利要求1所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,所述动态聚合物或其组成的形态选自普通固体聚合物、弹性体、凝胶、泡沫。
12.根据权利要求1、9、10、11中任一项所述的一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物,其特征在于,其应用于自修复性涂层、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。
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