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一种基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法技术

技术编号:19089867 阅读:25 留言:0更新日期:2018-10-02 23:26
本发明专利技术公开了一种基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法,所述吸能方法采用含有由普通共价键形成的普通共价交联以及至少两种含硼动态共价键的组合杂化交联动态聚合物进行吸能。所述的动态聚合物通过引入具有不同动态性的含硼动态共价键,并将其与普通共价键进行结合,可制备出可控范围广、结构丰富、性能多样的聚合物材料。动态聚合物中不同种含硼动态共价键间所具有的差异性,使得聚合物可体现出具有层次性的动态可逆效果,从而体现出良好的能量耗散和吸能特性,在特定结构中对材料起到增韧、阻尼和抗冲击作用。该动态聚合物可应用于运动和日常生活的身体防护、军警身体防护、防爆、空降和空投防护、汽车防撞、电子电器产品抗冲击防护等方面。

Energy absorption method based on hybrid hybrid crosslinked dynamic polymer

The invention discloses an energy absorption method based on a composite hybrid crosslinked dynamic polymer. The energy absorption method uses a composite hybrid crosslinked dynamic polymer containing a common covalent bond and at least two combined hybrid crosslinked dynamic polymers containing a boron dynamic covalent bond to absorb energy. By introducing dynamic covalent bonds containing boron with different dynamic properties and combining them with common covalent bonds, the dynamic polymer materials with wide controllable range, rich structure and various properties can be prepared. The difference between different kinds of dynamic covalent bonds containing boron in dynamic polymers makes the polymers exhibit hierarchical dynamic reversible effect, which shows good energy dissipation and energy absorption characteristics, and plays a toughening, damping and impact resistance role in specific structures. The dynamic polymer can be used in sports and daily life of the physical protection, military and police physical protection, explosion-proof, airborne and airdrop protection, car crashworthiness, electronic and electrical products impact protection and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法
本专利技术涉及一种吸能方法,具体涉及一种基于由至少两种含硼动态共价键和普通共价交联构成的组合杂化交联动态聚合物的吸能方法。
技术介绍
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
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。
技术实现思路
本专利技术针对上述背景,提供了一种基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法,所述的组合杂化交联动态聚合物,其含有由普通共价键形成的普通共价交联以及至少两种含硼动态共价键;其中,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。所述的组合杂化交联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,并可通过含硼动态共价键和超分子氢键的可逆断裂来吸收能量,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吸能方法。本专利技术通过如下技术方案予以实现:本专利技术涉及一种基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法,其特征在于,提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联动态聚合物,其含有由普通共价键形成的普通共价交联以及至少两种含硼动态共价键;其中,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。本专利技术中所述的组合杂化交联动态聚合物中,还可选地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,组合杂化交联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。在本专利技术的实施方式中,动态聚合物的交联网络结构中可以共混和/或穿插有其他一种或多种非交联型的聚合物,这些聚合物链可以为线型、环状、支化以及凝胶点以下的二维、三维团簇等结构。根据本专利技术的一个优选实施方式(第一种聚合物网络结构),提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且在此交联网络中同时含有至少两种含硼动态共价键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度在其凝胶点以上。根据本专利技术的一个优选实施方式(第二种聚合物网络结构),提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联动态聚合物仅含有一个交联网络,并且此交联网络中同时含有由至少两种含硼动态共价键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度达到凝胶点以上,同时,在交联网络中还含有超分子氢键作用。根据本专利技术的一个优选实施方式(第三种聚合物网络结构),提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联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由至少两种含硼动态共价键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的普通共价交联,其中,普通共价交联的交联度达到凝胶点以上,另外一个交联网络仅含有由超分子氢键作用形成的超分子氢键交联。根据本专利技术的一个优选实施方式(第四种聚合物网络结构),提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络仅含有由普通共价键形成的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由至少两种含硼动态共价键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上。根据本专利技术的一个优选实施方式(第五种聚合物网络结构),提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联动态聚合物含有两个交联网络,其中一个交联网络仅含有由普通共价键形成的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由至少两种含硼动态共价键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上,同时在至少一个交联网络中还含有超分子氢键作用。根据本专利技术的一个优选实施方式(第六种聚合物网络结构),提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联动态聚合物含有三个交联网络,其中一个交联网络仅含有由普通共价键形成的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由至少两种含硼动态共价键形成的动态共价交联且动态共价交联的交联度在其凝胶点以上,最后一个交联网络仅含有由超分子氢键作用形成的超分子氢键交联。根据本专利技术的一个优选实施方式(第七种聚合物网络结构),提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联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至少两种含硼动态共价键形成的动态共价交联以及由普通共价键形成的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由普通共价键形成的普通共价交本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法,其特征在于,提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联动态聚合物,其含有由普通共价键形成的普通共价交联以及至少两种含硼动态共价键;其中,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;其中,所述的含硼动态共价键,其选自有机硼酐键、无机硼酐键、有机‑无机硼酐键、饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、无机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键、无机硼酸硅酯键的组合。

【技术特征摘要】
1.一种基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法,其特征在于,提供一种组合杂化交联动态聚合物或其组成,并以其作为吸能材料进行吸能;其中,所述的组合杂化交联动态聚合物,其含有由普通共价键形成的普通共价交联以及至少两种含硼动态共价键;其中,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;其中,所述的含硼动态共价键,其选自有机硼酐键、无机硼酐键、有机-无机硼酐键、饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键、不饱和六元环有机硼酸酯键、饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键、不饱和六元环无机硼酸酯键、有机硼酸单酯键、无机硼酸单酯键、有机硼酸硅酯键、无机硼酸硅酯键的组合。2.根据权利要求1所述的基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法,其特征在于,所述的有机硼酐键,其选自如下结构中的至少一种:其中,硼原子至少与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;所述的无机硼酐键,其选自如下结构:其中,Y1、Y2、Y3、Y4各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,并且Y1、Y2至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,Y3、Y4至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;其中,a、b、c、d分别表示与Y1、Y2、Y3、Y4相连的连接个数;当Y1、Y2、Y3、Y4各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,a、b、c、d=0;当Y1、Y2、Y3、Y4各自独立地选自氧原子、硫原子时,a、b、c、d=1;当Y1、Y2、Y3、Y4各自独立地选自氮原子、硼原子时,a、b、c、d=2;当Y1、Y2、Y3、Y4各自独立地选自硅原子时,a、b、c、d=3;所述的有机-无机硼酐键,其选自如下结构:其中,Y5、Y6各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,并且Y5、Y6至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;其中,a、b分别表示与Y5、Y6相连的连接个数;其中,结构中的硼原子至少与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;当Y5、Y6各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,a、b=0;当Y5、Y6各自独立地选自氧原子、硫原子时,a、b=1;当Y5、Y6各自独立地选自氮原子、硼原子时,a、b=2;当Y5、Y6各自独立地选自硅原子时,a、b=3;所述的饱和五元环有机硼酸酯键,其选自如下结构:其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;所述的不饱和五元环有机硼酸酯键,其选自如下结构:其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;表示任意元数的芳香族环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于不饱和五元环有机硼酸酯键中;所述的饱和六元环有机硼酸酯键,其选自如下结构:其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;所述的不饱和六元环有机硼酸酯键,其选自如下结构:其中,硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;表示任意元数的芳香族环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于不饱和六元环有机硼酸酯键中;所述的饱和五元环无机硼酸酯键,其选自如下结构中的至少一种:其中,Y7选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;其中,a表示与Y7相连的连接个数;当Y7选自氧原子、硫原子时,a=1;当Y7选自氮原子、硼原子时,a=2;当Y7选自硅原子时,a=3;所述的不饱和五元环无机硼酸酯键,其选自如下结构中的至少一种:其中,Y8选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;其中,a表示与Y8相连的连接个数;当Y8选自氧原子、硫原子时,a=1;当Y8选自氮原子、硼原子时,a=2;当Y8选自硅原子时,a=3;表示任意元数的芳香族环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于不饱和五元环无机硼酸酯键中;所述的饱和六元环无机硼酸酯键,其选自如下结构中的至少一种:其中,Y9选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;其中,a表示与Y9相连的连接个数;当Y9选自氧原子、硫原子时,a=1;当Y9选自氮原子、硼原子时,a=2;当Y9选自硅原子时,a=3;所述的不饱和六元环无机硼酸酯键,其选自如下结构中的至少一种:其中,Y10选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;其中,a表示与Y10相连的连接个数;当Y10选自氧原子、硫原子时,a=1;当Y10选自氮原子、硼原子时,a=2;当Y10选自硅原子时,a=3;表示任意元数的芳香族环,且芳香族环上含有两个相邻的碳原子,其位于不饱和六元环无机硼酸酯键中;所述的有机硼酸单酯键,其选自如下结构中的至少一种:其中,硼原子至少与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;I1选自二价连接基;I2选自与两个碳原子直接相连的双键、与两个碳原子直接相连的三价碳烯基团、二价非碳原子、含有至少两个骨架原子的连接基;表示任意元数的芳香族环;其中,6、7结构成环后形成的有机硼酸单酯键不为之前所述的饱和五元环有机硼酸酯键、不饱和五元环有机硼酸酯键、饱和六元环有机硼酸酯键和不饱和六元环有机硼酸酯键;所述的无机硼酸单酯键,其选自如下结构中的至少一种:其中,Y11~Y23各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,并且Y11、Y12;Y13、Y14;Y15、Y16、Y17、Y18;Y19、Y20、Y21、Y22至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;Y24选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;I3选自二价连接基;I4选自与两个碳原子直接相连的双键、与两个碳原子直接相连的三价碳烯基团、二价非碳原子、含有至少两个骨架原子的连接基;其中,a~n分别表示与Y11~Y24相连的连接个数;当Y11~Y23各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,a~m=0;当Y11~Y24各自独立地选自氧原子、硫原子时,a~n=1;当Y11~Y24各自独立地选自氮原子、硼原子时,a~n=2;当Y11~Y24各自独立地选自硅原子时,a~n=3;表示任意元数的芳香族环;其中,5、6、7、8结构成环后形成的无机硼酸单酯键不为之前所述的饱和五元环无机硼酸酯键、不饱和五元环无机硼酸酯键、饱和六元环无机硼酸酯键和不饱和六元环无机硼酸酯键。所述的有机硼酸硅酯键,其选自如下结构中的至少一种:其中,硼原子至少与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;所述的无机硼酸硅酯键,其选自如下结构中的至少一种:其中,Y25、Y26、Y27各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,并且Y25、Y26至少一个选自氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子;其中,a、b、c分别表示与Y25、Y26、Y27相连的连接个数;当Y25、Y26、Y27各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,a、b、c=0;当Y25、Y26、Y27选自氧原子、硫原子时,a、b、c=1;当Y25、Y26、Y27选自氮原子、硼原子时,a、b、c=2;当Y25、Y26、Y27各自独立地选自硅原子时,a、b、c=3。3.根据权利要求1所述的基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法,其特征在于,所述的含硼动态共价键,其由组分基元I自身之间或其与组分基元II之间通过缩合反应或交换反应而成;其中,所述的组分基元I,其选自有机硼酸基元、无机硼酸基元;其中,所述的组分基元II,其选自1,2-二醇基元、邻二酚基元、1,3-二醇基元、2-羟甲基酚基元、单醇基元、硅醇基元。4.根据权利要求3所述的基于组合杂化交联动态聚合物的吸能方法,其特征在于,所述的有机硼酸基元,其选自以下任一种结构:其中,K1、K2、K3为与氧原子直接相连的一价有机基团或一价有机硅基团,其通过碳原子或硅原子与氧原子直接相连,其选自以下任一种结构:分子量不超过1000Da的小分子烃基、分子量不超过1000Da的小分子硅烷基、分子量大于1000Da的聚合物链残基;K4为与两个氧原子直接相连的二价有机基团或二价有机硅基团,其通过碳原子或硅原子与氧原子直接相连,其选自以下任一种结构:分子量不超过1000Da的二价小分子烃基、分子量不超过1000Da的二价小分子硅烷基、分子量大于1000Da的二价聚合物链残基;M1+、M2+、M3+为一价阳离子;M42+为二价阳离子;X1、X2、X3为卤素原子;D1、D2为与硼原子相连的基团,D1、D2不相同且各自独立地选自羟基、酯基、盐基、卤素原子;其中,所述结构中的硼原子需与一个碳原子通过硼碳键相连,且至少有一个有机基团通过所述硼碳键连接到硼原子上;所述的无机硼酸基元,其选自以下结构:其中,W1、W2、W3各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、氧原子、硫原子、氮原子、硼原子、硅原子,并且W1、W2、W3至少一个选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子;其中,x、y、z分别表示与W1、W2、W3相连的连接个数;当W1、W2、W3各自独立地选自氢原子、氟原子、氯原子、溴原子、碘原子时,x、y、z=0;当W1、W2、W3各自独立地选自氧原子、硫原子时,x、y、z=1;当W1、W2、W3各自独立地选自氮原子、硼原子时,x、y、z=2;当W1、W2、W3各自独立地选自硅原子时,x、y、z=3;所述的1,2-二醇基元,其为乙二醇及其被取代形式失去至少一个非羟氢原子后形成的残基;所述的1,3-二醇基元,其为1,3-丙二醇及其被取代形式失去至少一个非羟氢原子后形成的残基;所述的单醇基元,其指的是由一个羟基以及与该羟基直接相连的碳原子所组成的结构基元,且...

【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

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