一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物制造技术

本发明专利技术公开了一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物，其含有至少两个共价交联网络，其中含有一种二氧环丁烷型力敏团，且至少一个交联网络中含有一种二氧环丁烷型力敏团，在机械力作用下，力敏团发生逆环化开环反应，实现力致响应；多共价交联网络结构可为聚合物提供良好的结构稳定性与力学性能；基于力敏团的力致响应性，可实现对所述聚合物材料的受力、形变、损伤、失效的检测、监测和警示作用。本发明专利技术所述的力致响应性聚合物可广泛应用于应力感应材料、力致发光材料、韧性材料、玩具材料、功能涂层材料、智能传感器、密封材料、粘结材料等。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物
本专利技术涉及一种力致响应性聚合物及其实现力致响应的方法，具体涉及一种具有多共价交联网络结构与含有一种二氧环丁烷型力敏团的力致响应性聚合物以及实现所述力致响应性聚合物的力致响应方法。
技术介绍
聚合物的交联是获得良好力学强度和结构稳定性的重要因素，其中交联作用包括物理交联和化学交联。传统交联聚合物材料通常只含有单一交联网络结构，其在一定程度可以提高材料的力学强度，但是对于凝胶类材料，尤其是物理交联凝胶，往往存在力学强度低、耐溶剂性差等问题。为此，许多科研工作者提出了双网络或多网络交联结构，以此来增强聚合物材料的力学强度。其中包括化学交联的双网络结构、物理交联的双网络结构，物理交联与化学交联的双杂网络结构，其中，物理交联的双网络结构由于其自身结合强度相对较低且易受环境因素影响，无法长期为材料提供结构稳定性；在物理交联与化学交联的双杂网络结构中的含有的化学交联结构失效后，其力学强度急剧下降；化学交联的双网络结构，虽然能够为聚合物材料提供良好的力学强度和结构稳定性，但由于化学交联结构的键合强度基本在同一水平，对机械力不具有特异性响应，材料在受力过程中，只有当力达到化学连接结构的断裂阈值并且产生了微裂纹/裂纹后，才能被观察和检测，无法对材料的损伤和失效过程提供警示作用。目前，许多研究团队致力于开发出具有机械力响应的聚合物，但是绝大多数力致响应性聚合物在发生力致响应过程所需的应力/应变较高，甚至要在材料失效后才能激活聚合物中力敏团的力致响应过程，无法真正发挥出对材料结构损伤的有效预警，对材料应用中的实际意义不大。因此亟待开发一种兼具力学性能优良、力敏感性可调、力致响应效果显著的力致响应性聚合物，通过其力响应性对其受力、形变、结构损伤和失效过程提供检测、监控、警示作用，以提高材料使用安全性。
技术实现思路
本专利技术针对上述背景，提供一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物及其实现力致响应的方法，所述的力致响应性聚合物具有多共价交联网络结构，可为聚合物提供良好的结构稳定性与力学性能，该网络结构可以很好地传导机械力，可提高力致响应的敏感性，由此获得力致敏感性大范围可调的力致响应聚合物。所述力致响应性聚合物中含有一种二氧环丁烷型力敏团，其在机械力作用下发生逆环化开环反应，实现力致响应，获得力致响应性能/效果，对聚合物受力、形变、结构损伤和失效过程提供检测、监控、警示作用。所述力致响应性聚合物可广泛应用于应力感应材料、力致发光材料、韧性材料、玩具材料、功能涂层材料、智能传感器、密封材料、粘结材料等。本专利技术通过如下技术方案予以实现：一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物，其特征在于，其中含有至少两个共价交联网络，且其中含有一种二氧环丁烷型力敏团，其中至少一个共价交联网络中含有一种二氧环丁烷型力敏团；在机械力作用下，其中的力敏团发生逆环化开环反应，实现力致响应。一种实现力致响应的方法，其特征在于，提供一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物，并通过机械力作用于所述聚合物实现其力致响应；所述的力致响应性聚合物，其中含有至少两个共价交联网络，且其中含有一种二氧环丁烷型力敏团，其中至少一个共价交联网络中含有一种二氧环丁烷型力敏团；在机械力作用下，所述的力致响应性聚合物中的力敏团发生逆环化开环反应，实现力致响应。在本专利技术中，所述二氧环丁烷型力敏团选自含有以下基元的结构：其中，T选自C1-20烃基/杂烃基、取代的C1-20烃基/杂烃基；其中，所述的取代的C1-20烃基/杂烃基中的取代原子或取代基的结构没有特别限制，其选自但不仅限于卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种或多种；所述的烃基/杂烃基的结构优选自支化结构或环状结构，以增加空间位阻效应，获得更显著的力致响应性能/效果；作为例子，合适的T选自但不仅限于：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、环戊基、环己基、苯基、卤素取代的苯基、C1-5烷氧基取代的苯基、C1-5烷硫基取代的苯基、C1-5烷胺基取代的苯基、C1-5烷基氧酰基取代的苯基、硅氧烷基取代的苯基、磷酸酯基取代的苯基、萘基、C1-5烷氧基取代的萘基；其中，J选自直接键*-*、J优选自其中，Ar选自芳香族环，所述芳香族环的环结构选自单环结构、多环结构、稠环结构；所述环的成环原子数没有特别限制；所述芳香族环的成环原子选自但不仅限于碳原子、氮原子、氧原子、硫原子、硼原子、磷原子、硅原子，成环原子上所连的氢原子被任意合适取代原子、取代基取代或不取代；其中，所述取代原子或取代基没有特别限制，选自但不仅限于卤素原子、烃基取代基、含杂原子的取代基中任一种或多种；所述取代原子或取代基优选自：卤素原子、氰基、硝基、三氟甲基、C1-20烷基、C1-20烷基硅氧基、C1-20酰氧基、C1-20烷氧基酰基、C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、C1-20烷胺基；其中，表示与聚合物链或者其他任意合适的基团/原子(包括氢原子)的连接。在本专利技术中，力致响应性聚合物具有多共价交联网络指的是，所述力致响应性聚合物中含有至少两个共价交联的聚合物网络，且各个交联网络的共价交联度都在凝胶点以上。不同网络的交联度可以相同也可以不相同。当交联度不同时，交联度最高的网络为第一网络，以此类推。在本专利技术的一个优选实施方式中(第一种网络结构)，所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中仅含力敏团共价交联，第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团。在本专利技术的另一个优选实施方式中(第二种网络结构)，所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中仅含普通共价交联且不含力敏团，第二网络中仅含力敏团共价交联。在本专利技术的另一个优选实施方式中(第三种网络结构)，所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以下，但力敏团共价交联和普通共价交联的交联度之和在凝胶点以上；第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团。在本专利技术的另一个优选实施方式中(第四种网络结构)，所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以上；第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团。在本专利技术的另一个优选实施方式中(第五种网络结构)，所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以上，普通共价交联的交联度在凝胶点以下；第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团。在本专利技术的另一个优选实施方式中(第六种网络结构)，所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物，其特征在于，其中含有至少两个共价交联网络，且其中含有一种二氧环丁烷型力敏团，其中至少一个共价交联网络中含有一种二氧环丁烷型力敏团；在机械力作用下，其中的力敏团发生逆环化开环反应，实现力致响应；其中，所述的二氧环丁烷型力敏团选自含有以下基元的结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物，其特征在于，其中含有至少两个共价交联网络，且其中含有一种二氧环丁烷型力敏团，其中至少一个共价交联网络中含有一种二氧环丁烷型力敏团；在机械力作用下，其中的力敏团发生逆环化开环反应，实现力致响应；其中，所述的二氧环丁烷型力敏团选自含有以下基元的结构：



其中，T选自C1-20烃基/杂烃基、取代的C1-20烃基/杂烃基；
其中，J选自直接键*-*、
其中，Ar选自芳香族环，所述芳香族环的环结构选自单环结构、多环结构、稠环结构；所述芳香族环的成环原子选自碳原子、氮原子、氧原子、硫原子、硼原子、磷原子、硅原子；
其中，表示与聚合物链或者其他任意合适的基团/原子(包括氢原子)的连接。


2.根据权利要求1所述的一种具有多共价交联网络的力致响应性聚合物，其特征在于，所述的力致响应性聚合物具有以下结构中的一种：
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中仅含力敏团共价交联，第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中仅含普通共价交联且不含力敏团，第二网络中仅含力敏团共价交联；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以下，但力敏团共价交联和普通共价交联的交联度之和在凝胶点以上；第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以上；第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以上，普通共价交联的交联度在凝胶点以下；第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以上，普通共价交联的交联度在凝胶点以上；第二网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；其中第二网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以下，但力敏团共价交联和普通共价交联的交联度之和在凝胶点以上；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；其中第二网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以上；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；其中第二网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以上，普通共价交联的交联度在凝胶点以下；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络，其中第一网络的交联度高于第二网络；其中第一网络中仅含普通共价交联且不含力敏团；其中第二网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以上，普通共价交联的交联度在凝胶点以上；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络；其中一个网络中仅含力敏团共价交联，另一个网络中也仅含力敏团共价交联；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络；其中一个网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以下，但力敏团共价交联和普通共价交联的交联度之和在凝胶点以上；其中另一个网络中仅含力敏团共价交联；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络；其中一个网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以上；其中另一个网络中仅含力敏团共价交联；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络；其中一个网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以上，普通共价交联的交联度在凝胶点以下；其中另一个网络中仅含力敏团共价交联；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络；其中一个网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以上，普通共价交联的交联度在凝胶点以上；其中另一个网络中仅含力敏团共价交联；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络；其中一个网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以下，但力敏团共价交联和普通共价交联的交联度之和在凝胶点以上；其中另一个网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以下，但力敏团共价交联和普通共价交联的交联度之和在凝胶点以上；
所述的力致响应性聚合物含有两个共价交联网络；其中一个网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以下，但力敏团共价交联和普通共价交联的交联度之和在凝胶点以上；其中另一个网络中含力敏团共价交联和普通共价交联，其中力敏团共价交联的交联度在凝胶点以下，普通共价交联的交联度在凝胶点以上；
所述的力致响应性聚合物含有两个...

【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