一种具有杂化交联网络的动态聚合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有杂化交联网络的动态聚合物，其含有普通共价交联和动态共价有机硼酸酯键。此类动态聚合物结合了动态共价有机硼酸酯键与普通共价键各自的优势，并通过对反应物结构的调控，可制备出结构丰富，性能多样的聚合物。动态聚合物中动态共价有机硼酸酯键所具有的强动态可逆性，使得聚合物可体现出刺激响应性、自修复性等功能特性，而普通共价交联又赋予了聚合物以一定的强度和稳定性；此外，基于动态有机硼酸酯键的动态性，所述动态聚合物具有能量耗散和吸能特性，表现出良好的阻尼、减震、隔音、抗冲击、高韧性等功能。该动态聚合物可用于制作减震缓冲材料、抗冲击防护材料、自修复材料、韧性材料、力传感器等。

A dynamic polymer with hybrid crosslinking network and its application

The invention discloses a dynamic polymer with hybrid crosslinking network, which contains common covalent crosslinking and dynamic covalent organic borate ester bonds. This kind of dynamic polymer combines the advantages of the dynamic covalent organic borate ester bond with the common covalent bond, and can prepare the polymers with rich structure and various properties by controlling the structure of the reactants. Dynamic covalent organic borate ester bonds in dynamic polymers have strong dynamic reversibility, which makes the polymer reflect the functional properties of stimulus responsiveness and self repair, while common covalent crosslinking gives the polymer a certain strength and stability. In addition, dynamic properties of the dynamic boric acid ester bond are dynamic. Polymers have the characteristics of energy dissipation and energy absorption, showing good damping, shock absorption, sound insulation, impact resistance, high toughness and other functions. The dynamic polymer can be used to make shock absorbing and cushioning materials, impact resistant and protective materials, self-repairing materials, toughness materials, force sensors and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种具有杂化交联网络的动态聚合物及其应用
本专利技术涉及智能聚合物领域，具体涉及一种具有杂化交联网络的动态聚合物及其应用。
技术介绍
材料作为当前世界新技术革命的三大支柱(材料、信息、能源)之一，与信息技术、能源技术一起构成了21世纪世界最重要和最具发展潜力的三大领域之一，而材料又是信息与能源发展的物质基础。随着生产和科技的进步，以及人们对物质及生活的追求，对高分子材料的性能提出了各种各样新的要求，今后高分子材料将朝着功能化、智能化以及精细化的方向不断发展，聚合物材料也由结构材料向具有光、电、声、磁、生物医学、仿生、催化、物质分离及能量转换等效应的功能材料方向扩展，出现了一系列诸如分离材料、生物材料、智能材料、贮能材料、光导材料、纳米材料、电子信息材料等具有功能效应的新型聚合物材料，以满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工业和机械工业等尖端技术的发展需要。传统的聚合物一般是由普通共价键构成，由于普通共价键具有较高的键能，使得传统聚合物具有良好的热稳定性及机械性能等优异性能。然而，正是由于普通共价键高的键能，其几乎不具备可逆“断裂”和“形成”的性质，使得传统聚合物材料一旦出现裂纹等破坏不能够自行修复，严重影响材料的使用。而动态共价键具有在适宜条件下的可逆“断裂”和“形成”的性质，具有可控的特性，相比于非共价键，动态共价键的键能往往大于非共价键，甚至与普通共价键相近，这使得动态共价键综合了非共价键的可逆性及普通共价键的稳固性优势。为此，可以在传统聚合物中引入动态共价键，动态共价键在普通共价键的基础上，具有超分子化学中非共价相互作用所具有的动态可逆特性，同时又规避了超分子非共价相互作用本身键能较弱，稳定性较差，易受外界条件影响的缺陷。因此，通过将动态共价键引入传统聚合物中，可以获得传统聚合物不具备的刺激响应性、自修复等功能特性。交联聚合物具有三维网状或体型结构，结构稳定，通过交联可以提高聚合物热稳定性、机械性能、耐化学品性等各项性能，还可以获得具有良好使用性能的弹性体、热固性塑料等材料。对于交联聚合物，其一般可分为化学交联型或者是物理交联型。化学交联型聚合物一般通过普通共价键交联形成，一旦形成，则非常稳定，力学性能也比较优良；物理交联型聚合物一般通过非共价相互作用交联形成，其突出的特点是具有动态可逆性，交联结构和聚合物的性能具有可变性。而目前以动态共价键进行交联的聚合物体系还比较少见，而且现有的动态共价键的动态性均非常有限，往往需要添加催化剂或外界提供能量(如加热、光照等)来加速平衡过程，使其在构建动态共价交联的聚合物材料方面受到很大的限制。
技术实现思路
本专利技术针对上述背景，提供了一种具有杂化交联网络结构的动态聚合物，其包含有普通共价交联和动态共价键，其中，所述的普通共价交联由普通共价键实现，所述的动态共价键是有机硼酸酯键，且所述的普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。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。本专利技术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，其包含有普通共价交联和动态共价键；其中，所述的普通共价交联由普通共价键实现，所述的动态共价键是有机硼酸酯键，且所述的普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。所述的具有杂化交联网络的动态聚合物，其具有一个或多个玻璃化转变温度，并且至少有一个玻璃化转变温度不高于100℃，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℃。本专利技术中所述的杂化交联网络动态聚合物中，还可选地包含有超分子氢键作用，其中，超分子氢键作用可以是链内非交联作用和/或链间交联作用和/或非交联作用。在本专利技术的实施方式中，动态聚合物可以由一个或多个交联网络所构成。当动态聚合物仅由一个交联网络构成时，在所述的交联网络结构中同时包含有所述的普通共价交联和动态共价交联。当动态聚合物由两个或多个交联网络构成时，其可以由两个或多个相互共混的交联网络构成，也可以由两个或多个相互穿插的交联网络构成，也可以由两个或多个部分相互穿插的交联网络构成，也可以由以上三种交联网络进行组合构成，但本专利技术不仅限于此。根据本专利技术的一个优选实施方式(第一种网络结构)，所述的动态聚合物仅含有一个交联网络，并且此交联网络同时含有普通共价交联和有机硼酸酯键交联，其中，普通共价交联的交联度在其凝胶点以上。根据本专利技术的另一个优选实施方式(第二种网络结构)，所述的动态聚合物含有两个交联网络，其中一个交联网络仅含有普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上，另外一个交联网络仅含有有机硼酸酯键交联。根据本专利技术的又一个优选实施方式(第三种网络结构)，所述的动态聚合物含有两个交联网络，其中一个交联网络同时含有普通共价交联和有机硼酸酯键交联，另外一个交联网络仅含有普通共价交联，并且所述的普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。根据本专利技术的又一个优选实施方式(第四种网络结构)，所述的动态聚合物含有两个交联网络，其中一个交联网络同时含有普通共价交联和有机硼酸酯键交联，另外一个交联网络亦同时含有普通共价交联和有机硼酸酯键交联，但两个交联网络不同，并且所述的普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。根据本专利技术的一个优选实施方式(第五种网络结构)，所述的动态聚合物仅含有一个交联网络，并且此交联网络仅含有普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上，含有有机硼酸酯键交联的动态聚合物以颗粒形状分散在普通共价交联网络中。根据本专利技术的一个优选实施方式(第六种网络结构)，所述的动态聚合物仅含有一个交联网络，并且此交联网络仅含有普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上，含有有机硼酸酯键的非交联动态聚合物分散在普通共价交联网络中。本专利技术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普通共价交联和/或不同的有机硼酸酯键交联，同时还可选地包含有相同或不同的超分子氢键作用，其中超分子氢键作用可以与普通共价交联和/或动态共价交联在同一个交联网络中或者在独立的交联网络中或者部分与共价交联网络相互作用。任何一个网络的任何一种交联的交联度也可以合理地进行控制，以达到调控平衡结构和动态性能的目的。本领域的技术人员可以根据本专利技术的逻辑和脉络，合理有效地实现。本专利技术中所述的“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。在本专利技术中，所述的有机硼酸酯键，其具有如下结构中的至少一种：其中，所述结构中至少有一个碳原子通过硼碳键与硼原子相连，且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上；表示与氢原子、聚合物链、交联链接或者其他任意合适的基团的连接，硼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，其含有普通共价交联和动态共价键；其中，所述的普通共价交联由普通共价键实现，所述的动态共价键是有机硼酸酯键，并且所述的普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上；且所述动态聚合物具有一个或多个玻璃化转变温度，并且至少有一个玻璃化转变温度不高于100℃；其中，所述的有机硼酸酯键，其具有如下结构中的至少一种：

【技术特征摘要】
1.一种具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，其含有普通共价交联和动态共价键；其中，所述的普通共价交联由普通共价键实现，所述的动态共价键是有机硼酸酯键，并且所述的普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上；且所述动态聚合物具有一个或多个玻璃化转变温度，并且至少有一个玻璃化转变温度不高于100℃；其中，所述的有机硼酸酯键，其具有如下结构中的至少一种：其中，硼原子和碳原子之间至少形成一个有机硼酸酯键，且结构中至少有一个碳原子通过硼碳键与硼原子相连，且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上。2.根据权利要求1所述的具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，所述的动态聚合物还包含有超分子氢键作用。3.根据权利要求2所述的具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，形成所述的超分子氢键作用的氢键基团，其含有以下结构成分：4.根据权利要求1所述的具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，所述的动态聚合物仅含有一个交联网络，并且此交联网络同时含有普通共价交联和有机硼酸酯键交联，其中，普通共价交联的交联度在其凝胶点以上。5.根据权利要求1所述的具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，所述的动态聚合物含有两个交联网络，其中一个交联网络仅含有普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上，另外一个交联网络仅含有有机硼酸酯键交联。6.根据权利要求1所述的具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，所述的动态聚合物含有两个交联网络，其中一个交联网络同时含有普通共价交联和有机硼酸酯键交联，另外一个交联网络仅含有普通共价交联，并且所述的普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。7.根据权利要求1所述的具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，所述的动态聚合物含有两个交联网络，其中一个交联网络同时含有普通共价交联和有机硼酸酯键交联，另外一个交联网络亦同时含有普通共价交联和有机硼酸酯键交联，但两个交联网络不同，并且所述的普通共价交联在至少一个交联网络中达到普通共价交联的凝胶点以上。8.根据权利要求1所述的具有杂化交联网络的动态聚合物，其特征在于，所述的动态聚合物仅含有一个交联网络，并且此交联网络仅含有普通共价交联且普通共价交联的交联度在其凝胶点以上，含有有机硼酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：翁秋梅，
类型：发明
国别省市：福建,35