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CN111378160A - 一种组合吸能方法及其用途 - Google Patents

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CN111378160A
CN111378160A CN201910000076.7A CN201910000076A CN111378160A CN 111378160 A CN111378160 A CN 111378160A CN 201910000076 A CN201910000076 A CN 201910000076A CN 111378160 A CN111378160 A CN 111378160A
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Weng Qiumei
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Weng Qiumei
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Abstract

本发明公开了一种组合吸能方法及其用途,所述组合吸能方法采用含有至少两类动态共价键以及可选的氢键的组合杂化动态聚合物进行吸能。所述的组合杂化动态聚合物通过引入具有不同动态性的动态共价键以及可选的氢键,可制备出可控范围广、结构丰富、性能多样的动态聚合物材料。该聚合物材料在受到物理冲击时,具有对冲击能量的吸收、耗散、分散等作用。以所述的动态聚合物作为吸能材料进行吸能,具有阻尼、缓冲、抗冲击防护、消声、隔音、减震等作用。

Description

一种组合吸能方法及其用途
技术领域
本发明涉及一种组合吸能方法及其用途,具体涉及一种基于由至少两类动态共价键以及可选氢键所构成的组合杂化动态聚合物的组合吸能方法及其用途。
背景技术
在日常生活和实际生产过程中,经常需要使用方法或手段来避免或减缓撞击、振动、震动、爆炸、声音等形式所造成的物理冲击带来的影响,其中,应用较为广泛的即是使用一种吸能材料进行能量吸收,从而对物理冲击起到有效的防护作用。用于吸能的材料主要有金属、聚合物、复合材料等。其中,聚合物材料的能量损耗来源主要有以下几种:1、利用聚合物在其玻璃化转变温度附近具有高损耗因子的现象吸能。这种方法由于材料处在玻璃化转变温度附近,材料的力学性能对温度变化敏感,在使用过程中材料的力学性能易随环境温度的变化而剧烈变化,给使用带来困难;2、利用共价键等化学键的断裂以及材料内部产生裂纹甚至材料整体的断裂等过程吸能,在上述各过程中,共价键的断裂与宏观的裂纹、断裂不但无法恢复,还将导致材料的力学性能降低,在一次或少数几次吸能过程后,材料必须及时替换才能维持原有的性能;3、利用形变,特别是聚合物橡胶态或粘弹态的较大形变所带来的分子链段间的内摩擦吸能,这种方法通常需要材料发生较大的形变才能产生显著的效果,而当材料发生能量高损耗的形变后,往往无法恢复到原来的形状,无法继续使用,必须被更换。新型抗冲击与吸能材料是近年来提出的一类新型材料,它的出现对于材料的选择及其性能研究具有重要的实用价值。不同构型的抗冲击吸能材料除了具有优良的力学、承载、抗冲击、吸能特性外,还具有阻尼、减振、吸声降噪、刺激响应等其他功能,从而满足航空航天、精密仪器、汽车工业等高新技术领域对于材料所提出的需求。
目前市面上的吸能防护材料主要依靠弹性体泡沫或相对较柔软的可压缩性材料作为能量吸收材料。而当这种材料应用于人体防护或精密仪器防护上主要存在的缺点是减震性能有限,在受到剧烈冲击时,普通的防护材料并不能有效地将冲击能量有效地耗散掉,依然会有很强的冲击力作用在人体或设备上,会导致人体受伤或设备损坏。迫切需要发展一种新的吸能方法,特别是利用引入一种新的能量吸收和损耗机理的聚合物来进行吸能,以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明针对上述背景,提供了一种基于组合杂化动态聚合物的组合吸能方法,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键。所述的组合杂化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,并可通过动态共价键和氢键的可逆断裂来吸收、耗散能量,赋予动态聚合物以良好的抗冲击防护性,还可体现出刺激响应性和仿生力学性能,从而提供了一种新型的组合吸能方法。
本发明通过如下技术方案予以实现:
本发明涉及一种基于组合杂化动态聚合物的组合吸能方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键;其中,所述的动态共价键,其选自动态连硫键、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的组合。其中,所述的动态共价键和可选的氢键的存在,是形成或维持聚合物结构的必要条件。
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,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少两类动态共价键。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键且动态共价键交联的交联度在凝胶点以上。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,氢键交联的交联度在其凝胶点以下,且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,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,氢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,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,氢键交联的交联度在其凝胶点以下。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,氢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,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少两类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一种氢键且氢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,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键和氢键且二者交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为三网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;最后一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为三网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;最后一个交联网络含有至少一种氢键且氢键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。
在上述优选实施方式中,在所提供的组合杂化动态聚合物交联网络中还可以分散有超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物或超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物颗粒。
对于不同种类的动态共价键,其可以存在于同一非交联聚合物链或同一交联聚合物网络结构中,也可以各自存在于不同的非交联聚合物链或不同的交联聚合物网络结构中。其中,由至少两类动态共价键参与形成的动态共价交联,在其达到凝胶点以上时,其可以仅由一个交联网络构成,并且在此交联网络中同时包含有至少两类动态共价键;也可以是两个或多个交联网络的组合(包括但不仅限于两个或多个交联网络相互共混,相互穿插,部分相互穿插及其组合或其他任意合适的形式),在各个交联网络中分别含有至少一类动态共价键,并且所有交联网络中的动态共价键种类至少为两类。
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交联和/ 或不同的氢键交联,其中氢键可以与动态共价交联在同一个交联网络中或者在各自独立的交联网络中或者部分与动态共价交联网络相互作用,也可以以非交联聚合物的形式分散在动态共价交联网络中。
在本发明的实施方式中,所述的动态共价键,其优选自以下组合中的一种:
组合1: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组合中的至少两类;
组合2: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组合中的至少两类;
组合3: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-吲哚的动态共价键组合中的至少两类。
本发明中可提供的组合杂化动态聚合物中所包含动态共价键的组合包括但不仅限于以上所举的优选,本领域的技术人员可以根据具体实际需要进行合理组合和选取。
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,其由存在于组合杂化动态聚合物链骨架(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组合杂化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,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、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。
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,所述的基于组合杂化动态聚合物的吸能方法,可应用于运动和日常生活与工作的身体防护、军警身体防护、防爆、空降和空投防护、汽车防撞、电子电器产品的阻尼、缓冲、抗冲击防护、隔音、消声、减震。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)在本发明提供的组合吸能方法中,用于吸能的组合杂化动态聚合物中包含有至少两类动态共价键以及可选的氢键,基于不同种动态共价键及其与氢键动态性的差异,能够体现出正交性和协同性的吸能效果。一方面,各类动态共价键以及可选的氢键在特定条件下能够在剪切及冲击应力作用下产生应力增稠,抵抗外部作用力的冲击;另一方面,也可利用聚合物中动态共价键以及可选的氢键动态性及响应性的差异,通过可逆断裂来达到对能量的多重吸收,提高了材料的耐受性。此外,通过对不同动态共价键的选用,使得动态聚合物能够在特定条件下保持有平衡结构,又能够对热量、光照、pH、氧化还原等外界刺激表现出不同的动态响应效果,从而使得动态聚合物能够针对外界条件进行选择性响应及选择性吸能,这种对于吸能的选择性调控是在现有技术体系中所缺乏的。并且,动态共价键和氢键所具有的动态性又能够使其重新键合,使得动态聚合物在多次使用之后依旧能够保持较高的吸能效果,这也是其与现有吸能方法和技术相比所具有的巨大优势。
(2)本发明中提供的组合吸能方法所利用的组合杂化动态聚合物,其结构丰富,性能多样,可调控性强。在动态聚合物结构中结合了至少两种动态共价键以及可选的氢键,并将其各自的优势进行了整合和利用。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,可制备出具有不同表观特征、性能可调、用途广泛的组合杂化动态聚合物。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,对于非共价交联结构的动态聚合物,其在应力/ 应变作用下能够表现出灵敏的胀流性,从而能够更多地通过粘性流动来损耗机械能,体现出优良的抗冲击特性;对于动态共价交联结构的动态聚合物,其在受到外力快速冲击时,动态共价交联可赋予动态聚合物快速的粘弹性转变,使得材料显现出共价交联的固体状态,实现对冲击力的分散,减轻冲击伤害,从而可通过对聚合物结构的设计,制备出具有不同吸能效果的聚合物材料。
(3)由于本发明中所采用的组合杂化动态聚合物还能够体现出自修复性、可重复使用性、可回收性以及良好的拉伸韧性,使得利用其所制得的吸能材料具有更宽广的应用范围和更长久的使用寿命。由于不存在凝胶点以上的普通共价交联,动态聚合物在应力/应变作用下能够表现出更为灵敏的胀流性,更有利于作为抗冲击吸能材料。
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吸能方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键;其中,所述的动态共价键,其选自动态连硫键、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的组合。其中,所述的动态共价键和可选氢键的存在,是形成或维持聚合物结构的必要条件;所述的动态共价键和可选的氢键一旦解离,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动态共价键和氢键的键合和解离实现相互转化和动态可逆。
本发明还提供一种抗冲击方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为抗冲击材料进行抗冲击;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键。
本发明还提供一种阻尼方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为阻尼材料进行阻尼;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键。
本发明还提供一种减震方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为减震材料进行减震;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键。
本发明还提供一种缓冲方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为缓冲材料进行缓冲;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键。
本发明还提供一种隔音方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为隔音材料进行隔音;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键。
本发明还提供一种消声方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为消声材料进行消声;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键。
本发明中所用术语“吸能”指的是针对撞击、振动、震动、爆炸、声音等形式所造成的物理冲击产生的能量的吸收、耗散和分散等。
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”包含由普通共价键和动态共价键的键合以及氢键的非共价相互作用所引起的链增长过程。
本发明中所用术语“交联(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/或氢键的化学和/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“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;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,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,高抗冲材料进行使用。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、可回收性以及应力冲击敏感性,便于通过动态共价键的动态平衡实现对冲击的耗散;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、应力承载能力和抗冲击能力;此外,可选的超分子氢键的存在,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、吸能效果进行补充。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,因此特别适合作为抗冲击防护材料进行使用。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。
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;动态聚合物中的动态共价键和所述的氢键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)。所述的可选的氢键,其可以由存在于组合杂化动态聚合物结构中任一处或多处的氢键基团之间形成氢键构成;其中,所述的氢键基团,其可以存在于动态聚合物交联网络链骨架上,也可以存在于交联网络链骨架的侧链/支链/分叉链骨架上,也可以存在于交联聚合物的侧基、端基上;也可以存在于非交联型聚合物主链骨架、侧链/支链/分叉链骨架上、侧基、端基上;也可以存在于所述组合杂化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氢键在特定情况下,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氢键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”也适用于通过氢键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。
根据本发明的一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少两类动态共价键。在该实施方式中,由于组合杂化动态聚合物为非交联结构,在特定条件下发生胀流特性时,易于产生粘度的提升,增加粘性损耗,从而能够更多地通过粘性流动来损耗机械能,体现出抗冲击特性。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键。在该实施方式中,所述至少两类动态共价键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;其与氢键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,在特定条件下发生胀流特性时,易于产生粘度的提升,增加粘性损耗,从而能够更多地通过粘性流动来损耗机械能,体现出优良的抗冲击特性;同时氢键的引入,能够产生协同和正交的效果,有利于提高材料的耐受性和吸能效果。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键且动态共价键交联的交联度在凝胶点以上。在该实施方式中,由于动态共价键形成的动态共价交联的交联度在凝胶点以上,能够在通常条件下为基体提供粘弹性和平衡结构,又能够在特定条件下发生胀流特性时,产生粘性-弹性的转变,在吸能的同时提升材料的强度,实现对冲击力的分散,减轻冲击伤害。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,氢键交联的交联度在其凝胶点以下,且二者的交联度之和在其凝胶点以上。在该实施方式中,所述至少两类动态共价键交联和氢键交联处于同一交联聚合物网络结构中,由于动态共价键交联的交联度和氢键交联的交联度均在其凝胶点以下,其之和在其凝胶点以上,在特定条件下发生胀流特性时,能够在动态共价键和氢键的共同作用下,实现粘弹性转变,实现吸能效果;同时氢键的引入,能够产生协同和正交的效果,有利于提高材料的耐受性和吸能效果。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,氢键交联的交联度在其凝胶点以上。在该实施方式中,由于动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,在特定条件下发生胀流特性时,能够产生粘度的提升,增加粘性损耗,从而能够更多地通过粘性流动来损耗机械能,体现出优良的抗冲击特性;而氢键交联的交联度在其凝胶点以上,则有利于在较为温和的条件下即赋予聚合物材料以良好的吸能特性,并能够补充材料基体的粘弹性、结构稳定性等。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,氢键交联的交联度在其凝胶点以下。在该实施方式中,由于动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,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发生胀流特性时,产生粘性-弹性的转变,在吸能的同时提升材料的强度,实现对冲击力的分散,减轻冲击伤害;而氢键交联的交联度在其凝胶点以下,则有利于对材料在受力过程中产生的弹性增强和/ 或粘性损耗进行补充。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,氢键交联的交联度在其凝胶点以上。在该实施方式中,由于动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,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发生胀流特性时,产生粘性-弹性的转变,在吸能的同时提升材料的强度,实现对冲击力的分散,减轻冲击伤害;同时氢键的引入,能够产生协同和正交的效果,有利于提高材料的耐受性和吸能效果。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。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交联网络的失效,通过设计两个动态共价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。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少两类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一种氢键且氢键交联的交联度在其凝胶点以上。在该实施方式中,氢键交联网络的引入,能够产生协同和正交的效果,有利于提高材料的耐受性和吸能效果。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键和氢键且二者交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。在该实施方式中,通过设计两个动态共价交联网络的结构并控制使用条件,可以充分发挥处于不同动态共价交联网络中的态共价键、氢键的性能,获得突出的正交性和协同性,从而达到更佳的吸能效果。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为三网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;最后一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。在该实施方式中,三个动态共价交联网络各自独立存在,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,达到具有正交性的吸能效果。
根据本发明的另一个优选实施方式,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物为三网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;最后一个交联网络含有至少一种氢键且氢键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。在该实施方式中,动态共价交联网络、氢键交联网络各自独立存在,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,达到具有正交性的吸能效果。
在上述优选实施方式中,在所提供的组合杂化动态聚合物交联网络中还可以分散有超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物或超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物颗粒。分散在其中的超分子交联度在其凝胶点以下的超分子聚合物可以提供动态性,特别是应变响应性;而分散在其中的超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物颗粒可以提供填充和动态性,在应变响应时可以获得局部的粘度和强度增加。
上述优选实施方式中,动态共价键和氢键相互独立,指的是所述动态共价键和氢键各自独立地处于不同的非交联聚合物链中或不同的交联聚合物网络结构中,形成的交联和/或非交联聚合物之间相互共混或者相互穿插等。利用相互独立的聚合物组成所构成的动态聚合物,其组分之间的动态性可以相互搭配,独立发挥作用,从而体现出更好的协同或正交的吸能效果。对于不同种类的动态共价键,其可以存在于同一非交联聚合物链或同一交联聚合物网络结构中,也可以各自存在于不同的非交联聚合物链或不同的交联聚合物网络结构中。其中,由至少两类动态共价键参与形成的动态共价交联,在其达到凝胶点以上时,其可以仅由一个交联网络构成,并且在此交联网络中同时包含有至少两类动态共价键;也可以是两个或多个交联网络的组合(包括但不仅限于两个或多个交联网络相互共混,相互穿插,部分相互穿插及其组合或其他任意合适的形式),在各个交联网络中分别含有至少一类动态共价键,并且所有交联网络中的动态共价键种类至少为两类。
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交联和/ 或不同的氢键交联,其中氢键可以与动态共价交联在同一个交联网络中或者在各自独立的交联网络中或者部分与动态共价交联网络相互作用,也可以以非交联聚合物的形式分散在动态共价交联网络中。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;其中,动态共价交联和氢键交联的交联度可以在各自的凝胶点以上,也可以在各自的凝胶点以下,优选在各自的凝胶点以上;当动态共价交联达到凝胶点以上时,动态聚合物在作为应力/应变响应性材料使用时,更能够体现出其动态性的优势。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”,指的是不同种类的动态共价键以及不同种类的氢键之间由于动态性、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氢键的吸能效果。具体说来,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仅通过氢键进行动态性调节;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”,指的是不同种类的动态共价键以及不同种类的氢键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吸能效果。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氢键,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。
在本发明中所述的动态共价键,其选自动态连硫键、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中的至少两类;其中,每一类的动态共价键中,可以包含有多种的动态共价键结构。
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:
Figure BDA0001933285930000101
其中,x为S原子的个数,x≥2,
Figure BDA0001933285930000103
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:
Figure BDA0001933285930000102
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:
Figure BDA0001933285930000111
其中,
Figure BDA0001933285930000113
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:
Figure BDA0001933285930000112
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:
Figure BDA0001933285930000121
其中,X选自卤素离子,优选氯离子、溴离子,
Figure BDA0001933285930000123
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:
Figure BDA0001933285930000122
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:
Figure BDA0001933285930000131
其中,X1、X2、X3、X4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;R1、R2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;R3、R4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;
Figure BDA0001933285930000134
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
Figure BDA0001933285930000135
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:
Figure BDA0001933285930000132
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:
Figure BDA0001933285930000133
其中,R1为二价或多价小分子烃基;
Figure BDA0001933285930000136
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:
Figure BDA0001933285930000141
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:
Figure BDA0001933285930000142
其中,X1、X2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C3-20烷基、二价或多价环C3-20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、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,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;W1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;W2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;W3各自独立地选自醚基、硫醚基;W4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、W1、W2、W3、W4的结构可以相同,也可以不相同;其中,R1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,R1优选自氢原子、羟基、氰基、羧基、C1-20烷基、C1-20芳烃基、C1-20杂芳烃基、取代的C1-20烷基、取代的杂C1-20烷基,R1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R1可以相同,也可以不相同;其中,R2各自独立地选自氢原子、氰基、羟基、苯基、苯氧基、C1-10烷基、C1-10烷氧基、C1-10烷氧基酰基、C1-10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C1-20烷基、取代的二价C1-20烷基、取代的二价C1-20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
Figure BDA0001933285930000153
不存在;其中,
Figure BDA0001933285930000154
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;
Figure BDA0001933285930000155
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,X1与X2上的
Figure BDA0001933285930000156
可以连接成环,其可形成如下结构:
Figure BDA0001933285930000151
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:
Figure BDA0001933285930000152
Figure BDA0001933285930000161
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形成,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:
Figure BDA0001933285930000162
其中,X1、X2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;Z1、Z2选自氧原子、硫原子;R5选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;其中,当X1、X2为氧原子或硫原子时,R1、R2、R3、R4不存在;当X1、X2为氮原子时,R1、R3存在,R2、R4不存在,且R1、 R3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X1、X2为碳原子、硅原子时, R1、R2、R3、R4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;
Figure BDA0001933285930000163
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:
Figure BDA0001933285930000171
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:
Figure BDA0001933285930000172
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;
Figure BDA0001933285930000181
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:
Figure BDA0001933285930000182
其中,X1、X2选自碳原子、硅原子和氮原子,优选碳原子、氮原子;Z1、Z2选自氧原子和硫原子,优选氧原子;当X1、X2为氮原子时,R1、R3存在,R2、R4不存在,且R1、R3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X1、X2为碳原子、硅原子时,R1、R2、R3、R4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,Rb为与氮原子直接相连的具有位阻效应的大基团,其可选自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、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;
Figure BDA0001933285930000184
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:
Figure BDA0001933285930000183
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,
Figure BDA0001933285930000191
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:
Figure BDA0001933285930000192
其中,R1~R10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;X1、X2、X3各自独立地选自单键、二价或多价小分子烃基,优选自二价C1-20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;Z1、Z2、Z3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Z2、Z3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;
Figure BDA0001933285930000194
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:
Figure BDA0001933285930000193
Figure BDA0001933285930000201
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:
Figure BDA0001933285930000202
其中,
Figure BDA0001933285930000203
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;
Figure BDA0001933285930000204
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:
Figure BDA0001933285930000211
其中,
Figure BDA0001933285930000213
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;
Figure BDA0001933285930000214
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:
Figure BDA0001933285930000212
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:
Figure BDA0001933285930000221
其中,X为负离子,其选自溴离子、碘离子,优选为溴离子;
Figure BDA0001933285930000224
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:
Figure BDA0001933285930000222
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:
Figure BDA0001933285930000223
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:
Figure BDA0001933285930000231
Figure BDA0001933285930000241
其中,Py3
Figure BDA0001933285930000242
Mes为
Figure BDA0001933285930000243
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:
Figure BDA0001933285930000244
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:
Figure BDA0001933285930000245
Figure BDA0001933285930000251
其中,Py3
Figure BDA0001933285930000252
Ph为苯基,t-Bu为叔丁基。
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:
Figure BDA0001933285930000253
其中,D1~D6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,D1、D2中至少一个选自碳原子或氮原子;a1~a6分别表示与D1~D6相连的连接个数;当D1~D6各自独立地选自氧原子、硫原子时, a1~a6=0;当D1~D6各自独立地选自氮原子时,a1~a6=1;当D1~D6各自独立地选自碳原子时,a1~a6=2;Q1~Q6各自独立地选自碳原子、氧原子;b1~b6分别表示与Q1~Q6相连的连接个数;当Q1~Q6各自独立地选自氧原子时,b1~b6=0;当Q1~Q6各自独立地选自碳原子时,b1~b6=2;
Figure BDA0001933285930000262
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
Figure BDA0001933285930000263
可以连接成环,不同原子上的
Figure BDA0001933285930000264
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:
Figure BDA0001933285930000261
Figure BDA0001933285930000271
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:
Figure BDA0001933285930000272
其中,K1、K2、K5~K10各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子,且在K1、K2或K5、K6或K7、 K8或K9、K10中至少有一个原子选自碳原子或氮原子;c1~c10分别表示与K1~K10相连的连接个数;当K1、 K2、K5~K10各自独立地选自氧原子、硫原子时,c1、c2、c5~c10=0;当K1、K2、K5~K10各自独立地选自氮原子时,c1、c2、c5~c10=1;当K1、K2、K5~K10各自独立地选自碳原子时,c1、c2、c5~c10=2;K3、K4各自独立地选自氧原子、硫原子、氮原子;c3、c4分别表示与K3、K4相连的连接个数;当K3、K4各自独立地选自氧原子、硫原子时,c3、c4=0;当K3、K4各自独立地选自氮原子时,c3、c4=1;I1、I2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;
Figure BDA0001933285930000281
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;
Figure BDA0001933285930000283
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
Figure BDA0001933285930000284
可以连接成环,不同原子上的
Figure BDA0001933285930000285
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:
Figure BDA0001933285930000282
Figure BDA0001933285930000291
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:
Figure BDA0001933285930000292
其中,
Figure BDA0001933285930000294
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
Figure BDA0001933285930000295
可以连接成环,不同原子上的
Figure BDA0001933285930000296
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:
Figure BDA0001933285930000293
其中,K1、K2、K3、K4、K5、K6各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子,且在K1、K2,或K3、 K4,或K5、K6中至少有一个选自碳原子;a1、a2、a3、a4、a5、a6分别表示与K1、K2、K3、K4、K5、K6相连的连接个数;当K1、K2、K3、K4、K5、K6各自独立地选自氧原子、硫原子时,a1、a2、a3、a4、a5、a6=0;当K1、K2、K3、K4、K5、K6各自独立地选自氮原子时,a1、a2、a3、a4、a5、a6=1;当K1、K2、K3、K4、 K5、K6各自独立地选自碳原子时,a1、a2、a3、a4、a5、a6=2;I1、I2、I3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I1、 I2、I3各自独立地不存在时,b=2;当I1、I2、I3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 (
Figure BDA0001933285930000301
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;C1、C2、C3、C4、C5、C6表示不同位置的碳原子;同一个原子上的不同
Figure BDA0001933285930000305
可以连接成环,不同原子上的
Figure BDA0001933285930000306
也可以连接成环,其中,优选在K1与K2之间,K3与K4之间,K5与K6之间,C1与C2之间,C3与C4之间,C5与C6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,K1与K2之间,K3与K4之间,K5与K6之间所成的环优选以下结构:
Figure BDA0001933285930000302
C1与C2之间,C3与C4之间所成的环优选以下结构:
Figure BDA0001933285930000303
C5与C6之间所成的环优选以下结构:
Figure BDA0001933285930000304
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:
Figure BDA0001933285930000311
其中,
Figure BDA0001933285930000313
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;I6~I14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;
Figure BDA0001933285930000314
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
Figure BDA0001933285930000315
可以连接成环,不同原子上的
Figure BDA0001933285930000316
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:
Figure BDA0001933285930000312
Figure BDA0001933285930000321
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:
Figure BDA0001933285930000331
Figure BDA0001933285930000341
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:
Figure BDA0001933285930000342
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;
Figure BDA0001933285930000344
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
Figure BDA0001933285930000345
可以连接成环,不同碳原子上的
Figure BDA0001933285930000346
也可以连接成环,碳原子与X上的
Figure BDA0001933285930000347
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:
Figure BDA0001933285930000343
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:
Figure BDA0001933285930000351
其中,
Figure BDA0001933285930000353
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:
Figure BDA0001933285930000352
其中,
Figure BDA0001933285930000354
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:
Figure BDA0001933285930000361
其中,
Figure BDA0001933285930000363
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
Figure BDA0001933285930000364
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:
Figure BDA0001933285930000362
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:
Figure BDA0001933285930000371
其中,
Figure BDA0001933285930000373
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:
Figure BDA0001933285930000372
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:
Figure BDA0001933285930000381
其中,X选自磺酸盐,优选苯磺酸盐,更优选对溴苯磺酸盐;
Figure BDA0001933285930000382
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。
在本发明的实施方式中,所述的动态共价键,其优选自以下组合中的一种:
组合1: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组合中的至少两类。该组合中所选用的动态共价键可以在温度调节、光照、加入引发剂等条件下实现动态共价键的动态可逆平衡,从而使得动态聚合物在此条件下体现出更为丰富的吸能效果,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吸能程度进行控制。
组合2: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组合中的至少两类。该组合中所选用的动态共价键对于pH值的变化感应灵敏,具有较快的动态反应能力,通常适用于制作凝胶材料,并可通过调控溶胀剂的pH值,实现聚合物材料对外部应力的耗散。
组合3: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-吲哚的动态共价键组合中的至少两类。该组合中所选用的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,动态共价键即可在较为温和的条件下体现出动态特性。
本发明中可提供的组合杂化动态聚合物中所包含动态共价键的组合包括但不仅限于以上所举的优选,本领域的技术人员可以根据具体实际需要进行合理组合和选取。
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/或氢键的基团,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、氢键基团等;优选羟基、氨基、巯基、烯基、异氰酸酯基团、环氧基团、丙烯酸酯基团、丙烯酰胺基团、氧自由基、硫自由基、氢键基团。在本发明中所述的反应性基团,其在体系中起到的作用,一是进行衍生化反应制备氢键基团,二是在所述的化合物本身或其与其他化合物之间或与其反应产物之间直接通过所述的反应性基团的反应形成普通共价键和/或动态共价键和/或氢键,从而使得所述化合物和/或其反应产物的分子量增大/官能度增加,在化合物和 /或其反应产物之间形成聚合或交联。
在本发明中所述的氢键,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。其中,所述的氢键可以作为超分子聚合和/或交联和/或链内成环作用存在,也即氢键可以仅起到连接两个或两个以上链段单元起到增大聚合物链尺寸但未起到超分子交联作用,或氢键仅起到链间超分子交联,或仅起到链内成环作用,或是以上三种中任意两种或两种以上的组合。
在本发明的实施方式中,所述的氢键可以是任意齿数。其中,所述的齿数指的是由氢键基团的供体(H,也就是氢原子)和受体(Y,也就是接受氢原子的电负性原子)所形成的氢键数量,每个H…Y组合为一齿。在下式中,分别示意说明一齿、二齿和三齿氢键基团的氢键成键情况。
Figure BDA0001933285930000391
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:
Figure BDA0001933285930000401
更优选含有
Figure BDA0001933285930000402
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:
Figure BDA0001933285930000403
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:
Figure BDA0001933285930000404
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组合杂化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:
Figure BDA0001933285930000405
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;
Figure BDA0001933285930000407
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):
Figure BDA0001933285930000406
Figure BDA0001933285930000411
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:
Figure BDA0001933285930000412
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;
Figure BDA0001933285930000414
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、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):
Figure BDA0001933285930000413
Figure BDA0001933285930000421
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:
Figure BDA0001933285930000422
所述组合杂化动态聚合物组成中可选的其他成分如小分子、聚合物、填料上的氢键基团可以参考上述骨架氢键基团、侧基氢键和端基氢键基团,这里不再赘述。
在本发明的实施方式中,优选所述的动态聚合物含有骨架氢键基团、侧基氢键基团、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骨架氢键基团和端基氢键基团;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骨架氢键基团、侧基氢键基团、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。作为例子,在本发明的一种实施方式中,优选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,优选骨架氢键基团与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,优选骨架氢键基团、侧基氢键基团与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,同一种组合杂化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。
在本发明的实施方式中,氢键基团可以在任意合适的成分中和在任意合适的时机下引入,包括但不限于从单体中引入,在形成预聚物的同时引入,在形成预聚物之后引入,在形成动态共价交联的同时引入,在形成动态共价交联之后引入。优选在形成预聚物和动态共价交联的同时引入。为避免氢键基团引入后形成氢键交联影响混合、溶解等操作,也可以对氢键基团进行封闭保护,待合适时间(如形成动态共价交联的同时或之后)再进行解保护。
在本发明中,由于不同种类的动态共价键的强度和动态性不同,不同的氢键结构及其性能亦有所不同,在含有至少两类动态共价键的基础上,再加上氢键,可以使得动态聚合物的强度、动态性、响应性、吸能效果等大范围可调;同时,还可以方便地通过调控引入的动态共价键和氢键的数量及其与聚合物链的链接结构,从而获得动态性和玻璃化转变温度均可控的组合杂化动态聚合物。动态聚合物中的动态共价键可以在温度调节、光照、pH、氧化还原等外界刺激条件下表现出动态特性,从而使得动态聚合物能够在不同的外界刺激条件下表现出不同的吸能效果;此外,由于不同种类的动态共价键自身及其与氢键动态性及响应能力的不同,可以表现出灵敏而又可调控的吸能效果,有利于提高材料的耐受性和吸能效果。
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、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,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,在应力/应变作用下表现出灵敏的胀流性,从而能够更多地通过粘性流动来损耗机械能,体现出优良的抗冲击特性。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良好的力学性能、热稳定性、并可赋予动态聚合物快速的粘弹性转变,使得材料易于获得受冲击状态下的平衡结构,实现对冲击力的分散,减轻冲击伤害。
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“动态共价键和氢键作为动态聚合物的聚合链接点和 /或交联链接点而存在”中的“和/或”,其含义即是动态共价键和氢键作为动态聚合物的聚合链接点而存在,或者动态共价键和氢键作为动态聚合物的交联链接点而存在,或者动态共价键和氢键作为动态聚合物的聚合链接点和交联链接点而存在。再例如,说明书中“在聚合物链的侧基和/或端基上含有动态共价键和氢键”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和氢键,或者在聚合物链的端基上含有动态共价键和氢键,或者在聚合物链的侧基和端基上含有动态共价键和氢键。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,含有至少两种动态共价键,不同类型的动态共价键的强度、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吸能效果,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。
为了使本发明中的动态共价键达到动态可逆平衡,从而具有动态可逆性,体现出良好的吸能效果,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等方式提高其动态性。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,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抗冲击涂层。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,有利于提供阻尼/吸能的能力。凝胶则具有良好的柔软性,能够体现出较好的吸能特性和回弹性,适用于制备具有阻尼效果的吸能材料。泡沫材料则具有密度低、轻便、比强度高的优点,还可以克服部分普通固体的脆性和凝胶机械强度偏低的问题,软泡材料还具有良好的弹性和吸能性以及柔软舒适的特性。不同形态的材料可以在不同的领域具有合适的用途。
在本发明的实施方式中,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;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。
由于含有不同种类的动态共价键和氢键,本发明的组合杂化动态聚合物在受到外力冲击时,一方面可以在外界刺激条件下表现出具有刺激响应性的胀流性,从而通过粘性流动来损耗机械能量,另一方面也可利用聚合物中各类动态共价键和氢键动态性的差异,通过可逆断裂来达到对能量的多重吸收和耗散。通过对动态聚合物进行合适的组分选择和配方设计,可以制备出具有吸能效果的聚合物纤维、薄膜、板材、泡沫、凝胶等。以此动态聚合物作为吸能材料进行吸能,可以体现出良好的阻尼、减震、隔音、消声、抗冲击等作用,从而在生活、生产、运动、休闲、娱乐、军事、警务、安保、医护等领域有着广泛的用途。例如,可将动态聚合物应用于制作阻尼减震器,用于各种机动车辆、机械设备、桥梁、建筑的震动隔离,其在受到振动时,可以耗散大量能量起到阻尼效果,从而有效地缓和震动体的震动;也可利用动态聚合物所具有的胀流性,产生聚合度和交联度的变化,进行柔性和强弹性的转变,起到有效分散冲击力的作用,从而作为吸能缓冲材料应用于缓冲包装材料、运动防护制品、冲击防护制品以及军警用防护材料等方面,减少物品或人体在外力作用下所受到的震动和冲击,包括爆炸产生的冲击波等;还可将动态聚合物用于制备道路和桥梁的速度锁定器,以及用于制作抗震剪切板或循环应力承载工具;还可以设计出具有形状记忆功能的吸能材料,应用于特定场合,例如个性化定制的吸能护具。对于所制备得到的具有不同玻璃化转变温度、不同表面形态的组合杂化动态聚合物,其也可以根据具体性能应用于不同的领域;例如,对于具有高玻璃化转变温度和高硬度的固体材料(如普通固体材料、泡沫材料),其适合应用于要求高强度吸能材料的领域,如汽车外保险杠,从而能够更好地在车祸撞击中保护汽车和驾驶员/乘员;再例如,对于玻璃化转变温度低的柔软材料(如弹性体、凝胶),其适合于人体防护、精密仪器、易碎物品等方面的吸能应用,方便贴身/贴合使用。本发明所提供的组合吸能方法,特别适用于对人体、动物体、物品等进行抗冲击防护,例如以所述材料作为护具,在日常生活、生产和运动中对身体进行防护;制备成防爆帐篷、毯、墙、防弹玻璃夹层胶、夹层板材等,对物品进行防爆保护;制备成其他防护物品/用具,应用于空降和空投防护、汽车防撞、电子电器物品的抗冲击防护等方面。
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吸能特性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
在苯乙烯、过氧化苯甲酰混合溶液中加入4-羟基-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4-羟基-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),将化合物(b)与甲基丙烯酰氯溶解在无水四氢呋喃溶剂中,在室温氩气保护条件下反应10h,制得化合物(c)。
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。
在干燥洁净的反应瓶中加入200ml的二氯甲烷溶剂,通氩气除水除氧1h后,加入5g苯乙烯-吡啶共聚物、0.61g苯基硒溴代物(d),搅拌混合1h形成第一网络;然后加入8g苯乙烯、2.5g化合物(c)、0.8wt%过氧化苯甲酰在氩气保护下加热到80℃反应24h,之后将产物置于合适的模具中在80℃真空烘箱中干燥 24h,最终得到硬质的半透明聚合物固体,其表面光滑,具有一定光泽度和表面硬度。在本实施例中,可将制得的聚合物固体作为抗冲防护材料使用,如家电产品外壳、电话机外壳、仪器仪表等,对物品进行保护缓冲,在其表面出现裂纹时,可将样品置于130℃加热条件下或者一定频率的紫外光下照射实现裂纹的自修复,达到具有协同性的修复效果。
Figure BDA0001933285930000481
实施例2
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)。
称取25g苯乙烯-马来酸酐共聚物、1.5g二羟基化合物(a)、2.0g二硫代氨基甲酸N-氨基乙基-S-氨基乙基酯(b)、5g发泡剂F141b、0.16g光引发剂DMPA,0.8g三盐基硫酸铅、0.4g二月桂酸二正丁基锡、3 g邻苯二甲酸二辛酯、0.2g硬脂酸、0.02g抗氧剂168、0.04g抗氧剂1010混合均匀后,加入到小型密炼机中进行密炼共混,并控制混合温度在40℃以下。混炼完毕后,将样品取出,放置入平板模具中进行模压成型,其中模压温度为100-110℃,模压时间为10-15min,压力为10MPa,然后将脱模后的发泡坯料置于 80℃真空烘箱中4h进行进一步的反应,最终得到硬质的聚苯乙烯基泡沫样品。聚合物样品中分布有大量孔径不一的泡沫小孔,可以进行隔热隔音,将其作为泡沫外包装材料时,又可以对内部物品进行保温、缓冲。
Figure BDA0001933285930000482
实施例3
在干燥洁净的反应瓶中加入0.04mol聚乙二醇600,0.02mol二羟胺化合物(a),0.06mol端醛基聚乙二醇2,000,在氮气保护下加热到60℃反应24h,得到粘稠的聚合物样品,其能够体现出明显的胀流性,并且聚合物样品的剪切增稠效果能够随着温度、pH的改变而表现出正交性或协同性的响应效果;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10,400mPa·s。制得的粘稠的聚合物样品,可将其涂覆于基材表面,干燥之后,作为抗冲击吸能涂层对基材进行保护。
Figure BDA0001933285930000483
实施例4
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和丙烯酰氯以摩尔比为1:2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(a)。
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(b)。
在无水无氧条件下,以4-二甲氨基吡啶、二环己基碳二亚胺为缩合剂,氯仿为溶剂,将摩尔比为1:2 的聚乙二醇400与丙烯酸在回流条件下通过酯化反应制得双键封端的聚乙二醇。
在干燥洁净的反应瓶中加入80ml THF溶剂,通氮气除氧1h后,加入4.5g含有烯丙基硫醚基的双烯化合物(a)、2.7g含双硒键的双烯化合物(b)、8g双键封端的聚乙二醇、3mgBHT抗氧剂、0.03g光引发剂 DMPA和0.68g三乙胺混合均匀后,滴加入8.5g 1,10-癸二硫醇,在氮气保护条件下反应4h后,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8,200mPa·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。
Figure BDA0001933285930000491
实施例5
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(a)。
Figure BDA0001933285930000492
在干燥洁净的烧瓶中称取5mmol的聚醚胺D2000,加热到100℃通氮气除水除氧1h,然后加入0.02mol 对苯二甲醛和适量的对甲苯磺酸,在80℃氮气保护条件下反应2h,然后降温到60℃,加入8mmolN-羟基马来酰亚胺、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(a)、5wt%二氧化硅、5wt%硫酸钡、0.02wt%十二烷基苯磺酸钠、0.02wt%的皂土,继续搅拌反应1h,得到粘稠的聚合物样品,可将其涂覆于基材表面,进行加热操作之后,作为抗冲击吸能涂层对基材进行保护。本实施例中的吸能涂层材料由于存在不同类型的动态共价键,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进行不同程度的应力缓冲,体现正交性。
实施例6
在干燥洁净的反应瓶中加入一定量的聚碳酸酯二醇(分子量约为2,000),在冰浴条件下滴加少量的三乙胺并持续搅拌,然后逐滴加入一定量溶解有肉桂酰氯的二氯甲烷溶液,继续在冰浴下搅拌反应,得到肉桂酸酯双封端的聚碳酸酯(a),其中聚碳酸酯二醇与肉桂酰氯的摩尔比为1:2。
在干燥洁净的反应瓶中称取10g肉桂酸酯双封端的聚碳酸酯(a),1.0g碳酸二苯基酯、0.03g醋酸锌,在80℃氮气保护条件下反应2h,反应结束后,降温到室温,置于280nm的紫外光下照射30min,得到线型动态聚合物,其可以在不同的温度或者光照条件下依据不同动态共价键的动态特性,进行不同程度的减震缓冲。
Figure BDA0001933285930000493
实施例7
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化合物(a)。将等摩尔量的2-氨基-4(1H)-嘧啶酮和1,6- 己二异氰酸酯在100℃下反应制得化合物(c)。
在干燥洁净的反应瓶中加入80ml THF溶剂,通氮气除氧1h后,加入9g聚乙二醇400、4.0g含有烯丙基硫醚基的二元醇化合物(a)、2.2g二(2-羟基)乙基四硫(b)、8.4g 1,6-己二异氰酸脂、5.2g化合物(c)、 0.2g光引发剂DMPA,1.5g三乙胺、0.12g辛酸亚锡,回流反应5h。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15,700 mPa·s。可将制得的动态聚合物用于涂布或浸渍织物或纺织品,制作成冲击防护服或运动护垫,其可以在不同的温度条件下或不同的光照频率条件下体现出不同程度的胀流性,从而进行抗冲击防护。
Figure BDA0001933285930000494
实施例8
以三羟甲基丙烷、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,再将其与丙烯酸通过酯化反应得烯烃封端的三臂聚环氧乙烷,再以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,将其分别与定量的3-巯基-1-丙醇、N-[(2-巯乙基)氨基甲酰]丙酰胺通过thiol-ene点击反应制得羟基封端的三臂环氧乙烷(a)。
称取4mmol羟基封端的三臂聚环氧乙烷(a)溶解在200ml四氢呋喃溶剂中,再加入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,然后加入5wt%的碳酸钙、 2wt%的钛白粉,继续反应2h,然后将具有一定粘度的聚合物溶液倒入模具中,置于60℃烘箱中进一步反应,之后冷却到室温放置30min,最终得到聚环氧乙烷基的动态聚合物胶体。聚合物胶体具有一定的粘度以及良好的生物相容性,可将其作为生物相容凝胶作为机械骨骼间的缓冲层,其可在不同温度和pH条件下进行不同程度的自修复以及缓冲吸能。
Figure BDA0001933285930000501
实施例9
以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,以等摩尔量的1,4-丁烯二醇与N-[(2-巯乙基)氨基甲酰]丙酰胺通过thiol-ene点击反应制得羟基双封端的化合物;再以DCC、DMAP作为缩合试剂,将其与丙烯酸通过酯化反应制得烯烃双封端的化合物;再以AIBN为引发剂、三乙胺为催化剂,将其与1-巯基丙烷-1,1-二醇通过thiol-ene点击加成反应制得羟基化合物(a)。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入20ml端醛基聚乙二醇2,000,1.8g羟基化合物(a),0.2mg抗氧剂BHT,滴加入0.5ml对甲苯磺酸,加热到65℃进行搅拌反应,反应5h后,冷却到室温,可得到浅黄色透明的粘性样品,其具有良好的回弹性,可将其作为防护涂层涂覆于基材表面,对基材进行抗冲击防护,并可在加热条件下实现材料的自修复。
Figure BDA0001933285930000502
实施例10
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-丙烯为原料,控制二者的摩尔比为2:1混合,在常温下反应得到含烯丙基硫醚基的双环氧化合物(a)。
称取0.02mol对氨基苯酚三缩水甘油环氧树脂、0.02mol含烯丙基硫醚基的双环氧化合物(a)加入到三口烧瓶中,升温到60℃,通氮气保温1h后,加入0.05mol辛二酸,6mol%光引发剂DMPA,6mol%1,5,7- 三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)和5mol%醋酸锌,在搅拌状态下逐渐升温到130℃并在此温度下反应4h,然后依次加入5wt%炭黑、2wt%硅烷偶联剂KH550、0.8wt%十二烷基苯磺酸钠,搅拌10min后,再加入 5wt%皂土,混合均匀后,继续在130℃条件下搅拌反应3h。当混合物的粘度上升到一定阶段时,将粘稠状的聚合物样品浇注到合适的模具中,置于80℃真空烘箱中继续反应4h,之后冷却到室温放置30min,最终得到硬质的环氧树脂固化材料,其表面光滑,具有较大的表面硬度和抗压强度。在本实施例中,可将聚合物材料用于作为电气开关装置、印制线路底盘、仪表盘电子封装材料的外壳保护部件,对内部装置进行冲击防护。
Figure BDA0001933285930000511
实施例11
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AIBN为引发剂,丙烯酸羟乙酯、丙烯酸2-氨基乙基酯、丙烯酰胺为原料,通过自由基聚合得到丙烯酰胺-羟基-氨基共聚物。
在干燥洁净的三口烧瓶中量取200ml去离子水,加入15g丙烯酰胺-羟基-氨基共聚物、1.34g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,聚合物溶液具有一定粘度后,加入4.0g化合物(a)、3.2g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,再加入4.0g十二烷基苯磺酸钠、2.0g皂土、1.6g硬脂酸、1.6g油酸,再在其中加入2.0g有机膨润土、 1.2g聚二甲基硅氧烷、1.2g二月桂酸二丁基锡、50mg光稳定剂770,继续加热搅拌混合2h后,置于60℃真空烘箱中放置4h,得到动态聚合物乳液,可将其用于作为军警防护制品的防爆涂层,对外界冲击力如爆炸冲击波进行缓冲吸收。此外,还可利用pH缓冲溶液对其动态性和缓冲效果进行调节,从而保证动态聚合物材料在不同的环境条件下具有正交性的调控效果。
Figure BDA0001933285930000512
实施例12
将2g硒代胱胺盐酸盐溶解于120mL二氯甲烷中,在搅拌状态下加入5g三乙胺,降温至0~5℃后慢慢加入2.5g丙烯酰氯,氮气保护下室温搅拌反应24h,减压蒸馏得到N,N'-双(丙烯酰)硒代胱胺。
以AIBN为引发剂,N-羟甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺为原料,通过自由基聚合得到丙烯酰胺共聚物(a)。
在干燥洁净的烧杯中称取100ml去离子水,再加入7.1gN-异丙基丙烯酰胺、0.26gN,N'-双(丙烯酰) 硒代胱胺、0.27g引发剂过硫酸钾,搅拌混合均匀后,静置1h除去气泡,置于60℃条件下恒温水浴反应 5h,制得第一网络聚合物;再加入15g丙烯酰胺共聚物(a)、1.34g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,聚合物溶液具有一定粘度后,再加入5g碳纳米管,0.3g十二烷基苯磺酸钠,在60℃条件下搅拌30min后,再加入0.2g的皂土,继续在60℃进行搅拌混合反应3h。将粘稠的聚合物溶液倒入合适的模具中,置于50℃真空烘箱中继续反应4h,之后冷却到室温放置30min,最终得到分散有导电填料的聚合物水凝胶,其具有一定的弹性和表面粘性,并可进行拉伸延展,将其制成 20.0×20.0×20.0mm尺寸的块状样品,利用万能试验机进行压缩性能测试,压缩速率为2mm/min,测得样品压缩强度为0.92±0.20MPa。聚合物样品体现出了良好的柔韧性和可变形性,可通过在不同温度、光照、 pH条件下体现出不同的形变能力,同时材料的电导率也会随着其不同环境中的形变状态而发生变化,具有环境响应能力,可将得到的聚合物材料作为导电应力缓冲材料应用于电子电气领域。
Figure BDA0001933285930000513
实施例13
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,将乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸基嘧啶酮(a)通过自由基聚合得到嘧啶酮-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甲基丙烯酸2-氨基乙基酯通过自由基聚合得到氨基改性吡咯烷酮共聚物。
在干燥洁净的烧杯中称取10g氨基改性吡咯烷酮共聚物,并在其中加入100ml的去离子水,在此过程中通过不断搅拌使其溶解完全,然后加入0.89g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2h,形成第一网络聚合物;然后再加入10g嘧啶酮-乙烯基吡咯烷酮共聚物,置于50℃条件下不断地搅拌溶解,溶解完全后,再加入5wt%表面修饰的Fe3O4粒子、5wt%金属磁粉和1 wt%皂土,超声1min,使金属粒子在其中分散均匀,然后置于60℃条件下继续恒温水浴反应1h,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350nm紫外光下照射2h。反应结束后,得到分散有磁性粒子的双网络水凝胶。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缓冲凝胶材料使用,并且可以通过加热、光照、调节pH等多种手段实现对凝胶材料的多重响应能力,体现出基于不同类型动态共价键的正交性调控能力。
Figure BDA0001933285930000521
实施例14
以等摩尔量的丙烯酰氯、7-(2-羟基乙氧基)香豆素为原料,在三乙胺作用下反应得到含香豆素的丙烯酸酯化合物(a)。以AIBN为引发剂,将含香豆素的丙烯酸酯化合物(a)与丙烯酸甲酯、巯甲基丙烯酸酯通过自由基聚合得到丙烯酸酯共聚物(b)。
在干燥洁净的反应瓶中加入一定量的甲苯溶剂,再在其中加入6mmol的丙烯酸酯共聚物(b),通氮气加热到80℃除水除氧反应3h,然后加入适量的无水硫酸钠和二氧化锰氧化剂,继续搅拌反应2h,然后加入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,然后置于350nm 的紫外光下照射30min,之后冷却到室温放置30min,最终得到具有一定表面光泽度、表面强度和表面硬度的聚合物固体。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10mm/min,测得样品拉伸强度为7.13±2.43MPa,拉伸模量为15.75±4.02MPa。在本实施例中,可将聚合物材料作为具有高效阻尼效果的抗震剪切材料或循环应力承载材料,基于不同种动态共价键动态反应条件的不同,其可在加热或者特定光照条件下进行协同阻尼。
Figure BDA0001933285930000522
实施例15
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。
取25g马来酸酐接枝聚丙烯,1.5g 2,2'-二硫二乙醇,1.2g 2-羟基查尔酮,10mg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℃进行熔融搅拌混合1h,然后加入0.25g对甲苯磺酸,3.0g增塑剂DOP,0.5g二甲基硅油,在氮气保护条件下继续反应3h。之后将其倒入合适的模具中,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,再经280nm紫外光照射固化 2h,最终得到聚丙烯基聚合物样品。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为6.15±2.54MPa,拉伸模量为13.18±4.22 MPa,断裂伸长率为654±187%。用刀片在聚合物样品表面进行划痕之后,可选择将其置于120℃模具中放置4-6h,或者在254nm的紫外光下照射30min,划痕可自修复。本实施例中的聚丙烯基动态聚合物材料能够进行有效的抗冲击防护,可用于汽车抗震缓冲系统及运动护具材料等。
实施例16
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。
在反应瓶中称取100ml二氯甲烷溶剂,再加入0.5mol羟基封端的四臂聚丙交酯、1mol对苯二甲醛、 0.5wt%对甲苯磺酸、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,在氮气保护条件下加热到65℃搅拌反应4h后,在上述反应瓶中再加入0.5mol季戊四醇四(3-巯基丙酸)酯、 1mol 3-巯基-2-(巯基甲基)-N-甲基丙酰胺、0.05mol双氧水、0.01mol碘化钠,在120℃条件下反应4h,再加入2wt%碳酸钙、2wt%钛白粉、0.2wt%十二烷基苯磺酸钠震荡混合均匀后,继续反应2h,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30 min,最终得到表面光滑,具有一定光泽度的白色聚合物样品。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为9.24±3.15MPa,拉伸模量为18.92±4.05MPa,断裂伸长率为156±68%。在本实施例中,可将得到的聚合物材料制作成具有生物可降解特性的抗冲击防护垫,对外界应力进行吸收缓冲。
实施例17
在干燥洁净的烧瓶中称取20g端羟基聚四氢呋喃二醇,加热到110℃除水1h,然后加入2.35g N,N- 二(2-羟基乙基)肉桂酰胺(a)、3.5gN,N-二(2-羟基乙基)-9-蒽苯甲胺(b)、13.28g 1,6-环己烷二异氰酸酯、15g 丙酮、0.4g辛酸亚锡,在80℃氮气保护条件下反应3h,反应结束后,真空除去丙酮,冷却至室温,得到柔软而富有弹性的聚氨酯块状样品,将其置于350nm紫外光照条件下固化反应2h,得到最终的聚合物样品,将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50 mm/min,测得样品拉伸强度为3.11±0.79MPa,拉伸模量为6.54±1.77MPa,断裂伸长率为834±228%。制得的聚合物材料韧性好,压缩回弹性优良,可将其作为一种阻尼减震材料应用于汽车零部件,进行减噪减震,在其表面出现裂纹时,可以通过加热或光照使其实现自修复。
Figure BDA0001933285930000531
实施例18
在干燥洁净的烧瓶中倒入100ml环氧大豆油,通氮气除水除氧1h后,再加入4g分子量约为1,000 的聚四氢呋喃二醇,再加入2.5g 2,2'-二硒二乙醇(a)、1.36gN,N'-二叔丁基己二胺(b)、1.18gN,N',N”-三叔丁基-三(3-氨基乙基)胺(c)、4.5g癸烷-1,10-二异氰酸酯,在氮气保护条件下加热到80℃搅拌反应30min 后,再加入2.8g金属锇杂芳香环颗粒、2.8g纳米银颗粒、0.08g皂土,将其置于80℃氮气保护条件下进行不断地搅拌混合,反应结束后,可得到具有良好回弹性的导热聚合物弹性体,可将其制作成具有导热特性的抗冲击防护垫或导热应力传感材料。
Figure BDA0001933285930000532
实施例19
在苯乙烯、过氧化苯甲酰混合溶液中加入4-羟基-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4-羟基-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)。以化合物(c)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(d)。
在干燥洁净的反应瓶中加入20g分子量约为4,000的聚醚胺、5.2g化合物(b)、6.0g二羟基化合物(d),加热到80℃搅拌混合1h,再加入1.0g植物纤维、0.2g滑石粉、0.1g二月桂酸二丁基锡、0.5g硅油泡沫稳定剂,高速搅拌混合均匀后,加入21g三甲基-1,6-己二异氰酸酯迅速混合,并高速搅拌30s,当混合物发白冒泡时,迅速将其倒入合适的模具中,置于80℃条件下进行成型发泡12h,使得反应聚合完全,最终可得到硬质的聚氨酯泡沫材料。将其制成20.0×20.0×20.0mm尺寸的块状样品,利用万能试验机进行压缩性能测试,压缩速率为2mm/min,测得样品压缩强度为0.71±0.13MPa。制得的聚氨酯泡沫材料绝热效果好、重量轻、比强度大,同时还具有隔音、防震、耐热、耐寒等特点,并且可以通过控制光照条件来进行协同或正交的减震、抗冲击。
Figure BDA0001933285930000541
实施例20
在反应器中加入12g双酚A聚氧化乙烯醚(b)、2.35gN,N-二(2-羟基乙基)肉桂酰胺(c)、3.48g双氮杂卡宾化合物(a)、3.6g聚乙二醇扩链剂、1.8g二月桂酸二丁基锡、0.9g有机硅油,在室温条件下混合搅拌均匀后,加入8.9g异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),在氮气保护条件下反应1h,然后加入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,然后置于280nm的紫外光下照射30min,之后冷却到室温放置30min,最终得到硬质固态的聚合物样品。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为10mm/min,测得样品拉伸强度为10.24±2.10MPa,拉伸模量为23.12±5.15MPa。在本实施例中,可将聚合物材料作为具有高效阻尼效果的抗震剪切材料或循环应力承载材料,其可在加热、光照条件下进行协同阻尼。
Figure BDA0001933285930000542
实施例21
以2-巯基乙醇为原料,三氟化硼乙醚为催化剂,引发环氧乙烷开环聚合后利用一氯甲烷封端制得巯基单封端的聚环氧乙烷(b)。以分子量约为4,000的端羟基聚丁二烯(a)、巯基单封端的聚环氧乙烷(b)为原料,控制二者的摩尔比为1:5,再加入0.2wt%光引发剂DMPA混合均匀,在紫外光照射下反应30min,制得带有支化结构的端羟基聚丁二烯。
在干燥洁净的三口烧瓶中加入300ml二甲苯溶剂,加入7.6g 3,3'-二硒代二丙酸,3.4g 1,4-丁二醇, 3.42g丁炔二酸,2.58g丁炔二醇,16.5g带有支化结构的端羟基聚丁二烯以及适量的催化剂氯化亚锡,加热至160℃发生酯化反应,通过二甲苯及时带出水份,当出水量为理论的80%左右时,升高温度至220℃进行聚合反应,然后加入钌基催化剂10,继续反应一段时间后,将粘稠的反应液倒入合适的模具中,置于 80℃真空烘箱中24h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弹性的块状聚合物材料。该材料可在热、光照、氧化还原试剂等作用下体现出多重刺激响应特性,并可在外部冲击力作用下进行良好的回弹和缓冲,可将其用于制作功能性缓冲垫片或功能性减震材料。
Figure BDA0001933285930000551
实施例22
以己二烯醇为原料,辛酸亚锡为催化剂,在120℃条件下引发ε-己内酯聚合成二烯烃单封端的聚己内酯(a)。
取一定量的三羟甲基丙烷溶解在盐酸溶液中,再加入适量的3-羟基-2,2-二甲基丙醛,在90℃氩气保护条件下搅拌反应24h,其中,三羟甲基丙烷和3-羟基-2,2-二甲基丙醛的摩尔比为3:2,然后取适量中间产物与烯丙基溴、NaOH粉末混合均匀,加入四丁基溴化铵作为相转移催化剂,加热到70℃搅拌反应24h,制得二烯烃化合物(b)。
将2mol二烯烃化合物(b)、4mol二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯(c)、2mol季戊四醇四巯基乙酸酯、0.02 wt%的光引发剂DMPA混合均匀,倒入夹有硅胶垫片的玻璃板模具中,在紫外光下照射20min,通过硫醇 -烯烃click加成反应制得带有二硫键侧基的季戊四醇化合物。
在三口烧瓶中加入200ml THF,然后加入20g带有二硫键侧基的季戊四醇化合物,8.5g二烯烃单封端的聚己内酯(a),适量的氯化锌催化剂,加热到50℃进行搅拌溶解后,继续在50℃条件下搅拌反应24h,然后将样品置于50℃真空烘箱中得到具有一定粘弹性的聚合物胶体,得到的聚合物胶体表面柔软,在外部应力作用下能够快速延展形变,可将其作为电子电器设备或者精密仪器的中间缓冲层,对设备进行抗冲击防护。
Figure BDA0001933285930000552
实施例23
以烯丙基羟乙基醚为原料,三氟化硼乙醚为催化剂,引发环氧乙烷开环聚合后得到烯烃单封端的聚环氧乙烷。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。
在干燥洁净的三口烧瓶中依次加入50ml液体石蜡、10ml甲基含氢硅油(分子量约为3,000),通氮气除水除氧20min后,加入0.8ml烯烃单封端的聚环氧乙烷、0.5ml丙烯酸酯单封端化合物、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3wt%四甲基氢氧化铵、2wt%丙三醇钠继续反应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,作为具有吸能特性的涂层对外界冲击能量进行吸收、分散。
实施例24
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(a)。
以等摩尔量的1,4-戊二烯-3-醇和环己基异氰酸酯为原料,以1wt%二月桂酸二丁基锡作为催化剂,在二氯甲烷溶剂中反应,制得侧基带有氨基甲酸酯基的双烯烃化合物(b)。
称取0.02mol双烯烃化合物(a)、0.02mol双烯烃化合物(b)、0.02mol 1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪 (c)、0.03mol 1,6-己二硫醇和0.02mol季戊四醇四巯基乙酸酯混合均匀,加入0.2wt%的安息香双甲醚 (DMPA)作为光引发剂,再加入6mol%1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)和5mol%醋酸锌,搅拌充分混合后放在紫外交联仪中紫外辐射4h,得到含有骨架氢键和侧氢键的动态聚合物交联网络,所得到的聚合物样品具有良好的回弹性和一定的拉伸韧性,当在样品上进行快速敲击时,其能够表现出临时刚性,进行应力耗散,而在其表面缓慢施加应力作用时,其又表现出粘性可形变特征,可将其作为抗冲击防护垫应用于健身器材。聚合物材料表面出现裂纹或破损之后,将其置于60℃真空烘箱中放置3h后,划痕消失,切断的聚合物样品,将其置于120℃真空烘箱中放置4h后,样品能够重新粘合。
Figure BDA0001933285930000561
实施例25
在干燥的三口烧瓶中加入0.1mol的二乙醇胺和一定量的无水甲醇,室温下搅拌均匀,加入0.2mol的丙烯酸甲酯,在35℃条件下搅拌4h,然后抽真空除去多余的甲醇和丙烯酸甲酯,再将其以滴加的形式与三羟甲基丙烷在对甲苯磺酸催化条件下,在115℃条件下反应制得一级中间产物,然后再与3-(双(2-羟乙基)氨基)丙酸甲酯反应制得二级中间产物,然后利用3-异氰酸丙烯进行封端后得到超支化化合物(a)。
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(b)。
在干燥洁净的反应瓶中加入0.01mol的超支化化合物(a),再加入一定量的三氯甲烷溶剂进行溶解,然后通氮气除水除氧1h,加入0.3wt%AIBN、1.0wt%三乙胺,再依次缓慢加入0.02mol二烯烃化合物(b)、 0.02mol 1,8-辛二硫醇、0.02mol 1,11-二溴十一烷、0.04mol三硫醇化合物(c)、0.016mol 4-溴苯磺酸丁酯(d),在60℃氮气保护条件下继续反应6h。之后将聚合物溶液倒入到合适的模具中,置于50℃真空烘箱中放置 12h进行干燥,最终得到具有一定柔韧性的动态聚合物薄膜,将其裁成80.0×10.0×(0.08±0.02)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4.12±1.03MPa,拉伸模量为7.23±1.67MPa,断裂伸长率为773±212%。得到的聚合物薄膜透明,质地较软,具有一定的拉伸强度以及良好的拉伸韧性。该材料可以用于制备电子电器的减震、缓冲防护膜,其能受到外部冲击力时进行减震,当其出现破损时,可以将其置于120℃的模具中或通过紫外光照射进行自修复,实现重复利用。
Figure BDA0001933285930000562
实施例26
在干燥洁净的反应瓶中称取5g 9-蒽甲醛,加入100ml THF溶剂在氮气氛围下将其搅拌溶解完全,利用300nm紫外光照射20h,利用THF过滤洗涤沉淀物,置于真空烘箱中除去溶剂,最终得到9-蒽甲醛二聚物(a)。
另取一个干燥洁净的反应瓶,在其中加入10g聚乙烯醇、4.12g 9-蒽甲醛二聚物(a)、3.6g对甲苯磺酸一水合物,并在其中加入150ml去离子水,将其置于60-70℃水浴锅中,通过不断搅拌使混合溶液搅拌均匀,再加入1.5g碳纳米管,0.15g十二烷基苯磺酸钠,继续搅拌30min后,再加入0.08g的皂土,继续在60℃进行搅拌混合反应24h。将反应液倒入合适的模具中,置于80℃真空烘箱中干燥除溶剂24h,之后冷却到室温放置30min,最终得到分散有碳纳米管的聚合物胶体,其具有良好的回弹性和表面粘性,并可进行拉伸延展,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0.58±0.12MPa。用小刀将聚合物胶体切断之后,将断面处贴合置于60℃烘箱中加热3-4h后凝胶可重新粘合,具有自修复功能。可将实施例中的碳纳米管胶体作为具有导电、自修复、光传感功能的吸能填充料使用。
Figure BDA0001933285930000571
实施例27
在反应瓶中加入15g 2,4-二叔丁基苯酚、10g 4-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)。
在反应瓶中量取200ml甲苯溶剂,加入25g分子量约为2,000的聚碳酸酯二醇、2.5g碳酸二苯基酯、 0.06g醋酸锌、6.25g化合物(a)、6.57g羟乙基六氢均三嗪(b),搅拌混合均匀后,加热到80℃除水1h,再加入15.12g六亚甲基二异氰酸酯,在80℃氮气保护条件下反应6h,反应结束后,冷却至室温,最终得到聚氨酯基弹性体,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5.34±1.83MPa,拉伸模量为11.25±3.56MPa,断裂伸长率为741±205%。制得的聚合物材料韧性好,压缩回弹性优良,可将其作为一种阻尼减震材料应用于汽车零部件,进行减噪减震,并且聚合物材料的阻尼特性能够随着温度变化以及光照频率的改变而产生变化,能够体现出环境响应性。
Figure BDA0001933285930000572
实施例28
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,然后再加入0.02mol 1,3,5-苯三甲醛,在氮气保护下反应24h,形成第一网络;再加入0.03mol 聚醚胺D2,000,6mmol多聚甲醛,在搅拌状态下加热到50℃反应30min,形成第二网络,最终得到具有双网络结构的聚醚基有机凝胶,聚合物凝胶具有较大的表面粘性和一定的回弹性,用刀片将其切断后,将其置于一定pH值的溶液中,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,在本实施例中,所制得的聚合物有机凝胶,利用其所具有的可回弹性、自修复性以及刺激响应性,可将其作为类人体软组织的仿生材料使用,对外界能量进行吸收缓冲。
实施例29
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)。取10g的9-蒽甲醇溶解在100 ml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(b)。
在三口烧瓶中加入50ml分子量约为30,000的甲基巯基硅油(c),升温到80℃搅拌均匀后,加入0.01wt% BHT抗氧剂,2g二烯烃化合物(a),0.78g 1,11-二溴十一烷,4g蒽衍生物(b),0.2wt%光引发剂DMPA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2h,之后在室温条件下放置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,能够在外力作用下进行较大程度的延展,体现出优良的拉伸韧性,拉断的聚合物样品,将其置于80℃真空烘箱中加热2-4h,或者置于一定频率的光照条件下,样品能够重新粘合,体现出基于环境响应的自修复性质和应力缓冲能力。在本实施例中,可将动态聚合物作为带有自修复特性的防弹玻璃夹层胶进行使用,其可以在加热或者光照条件下进行不同程度的吸能缓冲。
Figure BDA0001933285930000581
实施例30
将9-蒽甲酸与二氯亚砜反应制得9-蒽酰氯;以三羟甲基丙烷、环氧丙烷为原料,三氟化硼乙醚为催化剂,通过阳离子开环聚合合成羟基封端的三臂聚环氧丙烷,再将其与9-蒽酰氯反应制得蒽封端的三臂聚环氧丙烷(a)。
以三羟甲基丙烷、环氧丙烷为原料,三氟化硼乙醚为催化剂,通过阳离子开环聚合合成羟基封端的三臂聚环氧丙烷,再加入1wt%DCC和0.5wt%DMAP作为缩合试剂,将其与4-马来酰亚胺基丁酸通过酯化反应制得马来酰亚胺封端的三臂聚环氧丙烷(b)。
在干燥洁净的反应瓶中称取一定量的四氢呋喃溶剂,通氮气除水除氧1h,然后加入0.04mol蒽封端的三臂聚环氧丙烷(a),0.02mol马来酰亚胺封端的三臂聚环氧丙烷(b),搅拌溶解完全后,加入少量的四氯化锡,在氮气保护条件下回流反应12h,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,再利用365nm紫外光照射30min,之后冷却到室温放置30min,最终得到具有一定回弹性的胶状聚合物样品。将其制成80.0×10.0×(2.0~4.0)mm尺寸的哑铃型样条,利用拉伸试验机进行拉伸测试,拉伸速率为50mm/min,测得样品拉伸强度为2.54±0.75MPa,拉伸模量为4.56±1.33MPa,断裂伸长率为1024±352%。在使用过程中,材料表现出了良好的弹性恢复效果和优良的耐水解性,并且体系中含有的动态共价键可以随着周围环境温度以及施加的紫外光频率的变化进行不同程度的缓冲,发挥协同作用。在本实施例中,可将制得的聚合物材料应用于制备电子电器的减震、缓冲防护材料,并能在减震过程中提供足够的韧性。
实施例31
以分子量约为60,000的甲基巯基硅油、二甲基二硫代氨基甲酸烯丙酯为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过thiol-ene点击反应制得含有二硫酯侧基的巯基硅油(a)。以己二烯醇、分子量约为500的羟基硅油为原料,控制二者的摩尔比为2:1,通过水解缩合制得二烯烃双封端硅油。
在三口烧瓶中加入200ml THF,然后加入20g含有二硫酯侧基的巯基硅油(a),5.8g二烯烃双封端硅油,适量的氯化锌作为催化剂,加热到50℃进行搅拌溶解后,加入1.2g四甲基氢氧化铵、0.8g丙三醇钠继续反应2h,然后继续在50℃条件下搅拌反应24h,然后将样品置于50℃真空烘箱中得到具有一定粘弹性的聚合物胶体,聚合物样品表面柔软、具有超强韧性,能够在外界应力作用下进行大范围地拉伸延展。在本实施例中,利用聚合物样品在室温条件下即可进行阻尼,可将其应用于制作道路和桥梁速度锁定器的组成介质。
Figure BDA0001933285930000591
实施例32
以分子量约为5,000的聚异戊二烯、3-巯基吲哚为原料,以DMPA作为光引发剂,在紫外光照射条件下,通过硫醇-烯烃click加成反应制得接枝改性聚异戊二烯橡胶(a)。
在干燥洁净的反应瓶中量取200ml甲苯溶剂,加入20g接枝改性聚异戊二烯(a)搅拌溶解后,通氮气除水除氧1h,然后加入4.5g三唑啉二酮化合物(b),在氮气氛围中处于冰浴条件下反应4h,然后加入0.05 g钌基催化剂2,再加入20wt%导电石墨,1wt%十二烷基苯磺酸钠,震荡混合均匀后继续反应2h,然后将反应液倒入合适的模具中,置于80℃真空烘箱中24h进行进一步的反应和干燥,之后冷却到室温放置 30min,最终得到分散有导电石墨的聚合物橡胶,其表现出良好的柔韧性和一定的回弹性,用手指对其进行按压可快速回弹。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2.03±0.45MPa,拉伸模量为4.82±1.02MPa,断裂伸长率为608±121%。在本实施例中,可将聚合物样品制成一种导电缓冲材料使用,通过测定材料在应力作用下的电导率,可对外部作用力进行感应和监测;在样品表面产生裂纹时,还可以通过加热进行自修复。
Figure BDA0001933285930000592
实施例33
从橙皮中提取苎烯氧化物,将其与二氧化碳在β-二亚胺锌的催化作用下发生聚合反应,得到聚碳酸酯 PLimC,再将其与定量的3-巯基吲哚通过thiol-ene点击反应制得改性聚碳酸酯化合物(a)。
在干燥洁净的烧瓶中倒入一定量的氯仿溶剂,然后加入5mmol改性聚碳酸酯化合物(a)搅拌溶解后,通氮气除水除氧1h后,再加入4mg BHT抗氧剂、0.04mol三唑啉二酮化合物(c)、2mmol碳酸二苯基酯、 0.01mol醋酸锌、0.01mol三乙胺,在氮气氛围中在冰浴条件下反应4h,再加入1.0g的纤维素纳米晶, 30mg十二烷基苯磺酸钠,超声20min在氮气保护条件下继续反应2h,之后将反应液置于合适的模具中在60℃真空烘箱中干燥24h,最终得到透明的聚合物固体,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10mm/min,测得样品拉伸强度为7.23±1.88MPa,拉伸模量为16.10±5.12MPa,聚合物样品质地坚硬,具有较为优良的力学强度和表面硬度,可将其作为抗冲击防护罩或抗冲击仪表盘使用,用于对外部冲击力进行缓冲吸能。
Figure BDA0001933285930000601
实施例34
称取30g丁腈橡胶(a)加入到小型密炼机中混炼20min后,加入3.0g发泡剂AC、4.5g二巯基化合物 (b)、0.12g光引发剂DMPA、0.08g钌基催化剂1、1.5g硬脂酸锌、1.5g三盐基硫酸铅、2g白炭黑、0.05 g硬脂酸钡、0.1g硬脂酸、0.1g抗氧剂168、0.2g抗氧剂1010继续混炼20min。取出混炼后的物料进行冷却,置于双辊机中压制成薄片,在室温下进行冷却,裁片,将制得的聚合物薄片取出,在紫外光照射下反应15min后,置于80℃真空烘箱中放置4h进行进一步的反应和干燥,之后冷却到室温放置30min。从模具中取出混炼样片,将其置于合适的模具中,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20-25min,压力为10MPa,最终得到发泡聚合物橡胶,橡胶中的泡沫孔径细密,分布均匀,样品整体柔韧性好,可压缩回弹。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0.82±0.25MPa。用刀片将聚合物橡胶切断之后,在断面处施加一定压力,置于60℃真空烘箱中放置4-5h,断面可重新粘合。可将此聚合物发泡橡胶作为运动鞋鞋垫,对外部冲击力进行缓冲和防护。
Figure BDA0001933285930000602
实施例35
在苯乙烯、过氧化苯甲酰混合溶液中加入4-羟基-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4-羟基-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)。
称取5mmol分子量约为2,000的聚丁二烯环氧树脂(d)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化合物(b)、0.05mol N-(2-氨基乙基)马来酰亚胺反应2h,然后加入0.05mol 1,3-二(呋喃-2-基甲基)硫脲(c)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。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4.12±1.54MPa,拉伸模量为6.87± 2.33MPa,断裂伸长率为981±277%。此聚合物弹性体在常态下可以保持弹性,并在受到冲击时表现出临时刚性,而在冲击之后,又变回正常的弹性状态,从而对外界冲击力进行吸收、耗散,并且此抗冲击效果也能够随着环境温度的变化而有所不同,在本实施例中,利用聚合物材料所体现出的功能特性,可将其用于制作家电绝缘制品、汽车减震制品进行使用。
Figure BDA0001933285930000603
实施例36
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点击反应制得改性硅油(a)。
Figure BDA0001933285930000611
在干燥洁净的三口烧瓶中依次加入20ml改性硅油(a)、0.12mol硅氧烷化合物(b)加热到80℃反应4h,再加入0.12mol二巯基化合物(c)、0.2wt%光引发剂DMPA混合均匀,在紫外光照射下反应30min,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,可将其作为防护涂层涂覆于基材表面,通过动态共价键的协同作用对基材进行抗冲击防护。
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 (8)

1.一种组合吸能方法,其特征在于,提供一种组合杂化动态聚合物,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化动态聚合物,其含有至少两类动态共价键以及可选的氢键;其中,所述的动态共价键,其选自动态连硫键、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的组合;其中,所述的动态共价键和可选的氢键的存在,是形成或维持聚合物结构的必要条件。
2.根据权利要求1所述的组合吸能方法,其特征在于,所述的动态连硫键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000011
其中,x为S原子的个数,x≥2;
所述的动态双硒键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000012
所述的动态硒氮键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000013
其中,X选自卤素离子;
所述的缩醛类动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000014
其中,X1、X2、X3、X4各自独立地选自氧原子、硫原子、氮原子;R1、R2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;R3、R4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;
所述的基于碳氮双键的动态共价键,选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000015
其中,R1为二价或多价小分子烃基;
所述的基于可逆自由基的动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000021
其中,X1、X2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C3-20烷基、二价或多价环C3-20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;R’为与碳原子直接相连的基团,其各自独立地选自氢原子、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;其中,W各自独立地选自氧原子、硫原子;W1各自独立地选自醚基、硫醚基、仲胺基及其取代基;W2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;W3各自独立地选自醚基、硫醚基;W4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;不同位置的W、W1、W2、W3、W4的结构相同,或不相同;其中,R1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,不同位置的R1相同,或不相同;其中,R2各自独立地选自氢原子、氰基、羟基、苯基、苯氧基、C1-10烷基、C1-10烷氧基、C1-10烷氧基酰基、C1-10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,不同位置的L’相同,或不相同;其中,V、V’各自独立选自碳原子、氮原子,不同位置的V、V’相同,或不相同,当V、V’选自氮原子时,与V、V’相连的
Figure FDA0001933285920000023
不存在;其中,
Figure FDA0001933285920000024
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;
所述的结合性可交换型酰基键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000022
其中,X1、X2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;Z1、Z2选自氧原子、硫原子;R5选自氢原子、杂原子基团、小分子烃基、聚合物链残基;其中,当X1、X2为氧原子或硫原子时,R1、R2、R3、R4不存在;当X1、X2为氮原子时,R1、R3存在,R2、R4不存在,且R1、R3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X1、X2为碳原子、硅原子时,R1、R2、R3、R4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;
所述的基于位阻效应诱导的动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000031
其中,X1、X2选自碳原子、硅原子和氮原子;Z1、Z2选自氧原子和硫原子;当X1、X2为氮原子时,R1、R3存在,R2、R4不存在,且R1、R3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X1、X2为碳原子、硅原子时,R1、R2、R3、R4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,Rb为与氮原子直接相连的具有位阻效应的大基团,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;
所述的可逆加成断裂链转移动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000032
其中,R1~R10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;X1、X2、X3各自独立地选自单键、二价或多价小分子烃基;Z1、Z2、Z3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;
所述的动态硅氧烷键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000033
所述的动态硅醚键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000034
所述的基于烷基三唑鎓的可交换型动态共价键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000035
其中,X为负离子,其选自溴离子、碘离子;
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,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000036
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,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000037
所述的[2+2]环加成动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000041
其中,D1~D6各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子,D1、D2中至少一个选自碳原子或氮原子;a1~a6分别表示与D1~D6相连的连接个数;当D1~D6各自独立地选自氧原子、硫原子时,a1~a6=0;当D1~D6各自独立地选自氮原子时,a1~a6=1;当D1~D6各自独立地选自碳原子时,a1~a6=2;Q1~Q6各自独立地选自碳原子、氧原子;b1~b6分别表示与Q1~Q6相连的连接个数;当Q1~Q6各自独立地选自氧原子时,b1~b6=0;当Q1~Q6各自独立地选自碳原子时,b1~b6=2;
所述的[4+2]环加成动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000042
其中,K1、K2、K5~K10各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子,且在K1、K2或K5、K6或K7、K8或K9、K10中至少有一个原子选自碳原子或氮原子;c1~c10分别表示与K1~K10相连的连接个数;当K1、K2、K5~K10各自独立地选自氧原子、硫原子时,c1、c2、c5~c10=0;当K1、K2、K5~K10各自独立地选自氮原子时,c1、c2、c5~c10=1;当K1、K2、K5~K10各自独立地选自碳原子时,c1、c2、c5~c10=2;K3、K4各自独立地选自氧原子、硫原子、氮原子;c3、c4分别表示与K3、K4相连的连接个数;当K3、K4各自独立地选自氧原子、硫原子时,c3、c4=0;当K3、K4各自独立地选自氮原子时,c3、c4=1;I1、I2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;
Figure FDA0001933285920000043
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;n表示与环状基团结构的成环原子相连的连接个数;
所述的[4+4]环加成动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000051
其中,
Figure FDA0001933285920000057
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;I6~I14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;
所述的巯基-迈克尔加成动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000052
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,其选自醛基、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;
所述的胺烯-迈克尔加成动态共价键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000053
所述的基于三唑啉二酮-吲哚的动态共价键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000054
所述的基于双氮杂卡宾的动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000055
所述的六氢三嗪类动态共价键,其选自如下结构中的至少一种:
Figure FDA0001933285920000056
所述的动态可交换型三烷基锍键,其选自如下结构:
Figure FDA0001933285920000061
其中,X选自磺酸盐。
3.根据权利要求1所述的组合吸能方法,其特征在于,所述的动态共价键,其选自以下组合中的一种:
组合1: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组合中的至少两类;
组合2: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组合中的至少两类;
组合3: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-吲哚的动态共价键组合中的至少两类。
4.根据权利要求1所述的组合吸能方法,其特征在于,所述组合杂化动态聚合物具有如下结构中的一种:
第一种:所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少两类动态共价键;
第二种:所述的组合杂化动态聚合物为非交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;
第三种:所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键且动态共价键交联的交联度在凝胶点以上;
第四种:所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,氢键交联的交联度在其凝胶点以下,且二者的交联度之和在其凝胶点以上;
第五种:所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以下,氢键交联的交联度在其凝胶点以上;
第六种:所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,氢键交联的交联度在其凝胶点以下;
第七种:所述的组合杂化动态聚合物为单网络交联结构,其含有至少两类动态共价键以及氢键;其中,动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上,氢键交联的交联度在其凝胶点以上;
第八种:所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类;
第九种:所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少两类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一种氢键且氢键交联的交联度在其凝胶点以上;
第十种:所述的组合杂化动态聚合物为双网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键和氢键且二者交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类;
第十一种:所述的组合杂化动态聚合物为三网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;最后一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类;
第十二种:所述的组合杂化动态聚合物为三网络交联结构,其中一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;另外一个交联网络含有至少一类动态共价键且动态共价键交联的交联度在其凝胶点以上;最后一个交联网络含有至少一种氢键且氢键交联的交联度在其凝胶点以上;并且所有交联网络中的动态共价键至少为两类。
5.根据权利要求4所述的组合吸能方法,其特征在于,在所述组合杂化动态聚合物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或超分子交联度在其凝胶点以上的超分子聚合物颗粒。
6.根据权利要求1所述的组合吸能方法,其特征在于,构成组合杂化动态聚合物组成的配方组分包括以下任一种或任几种可添加/使用物:助剂/添加剂、填料;
其中,所述的助剂/添加剂选自以下任一种或任几种:催化剂、引发剂、氧化还原剂、抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、增韧剂、润滑剂、脱模剂、增塑剂、发泡剂、抗静电剂、乳化剂、分散剂、着色剂、荧光增白剂、消光剂、阻燃剂、成核剂、流变剂、增稠剂、流平剂;
其中,所述的填料选自以下任一种或任几种:无机非金属填料、金属填料、有机填料、有机金属化合物填料。
7.根据权利要求1、6中任一项所述的组合吸能方法,其特征在于,所述组合杂化动态聚合物的形态具有以下任一种:溶液、乳液、凝胶、膏、胶、弹性体、普通固体、泡沫材料。
8.根据权利要求1、6中任一项所述的组合吸能方法,其特征在于,其应用于阻尼、缓冲、抗冲击防护、隔音、消声、减震。
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