一种动态聚合物热塑性弹性体及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种动态聚合物热塑性弹性体，其中包含具有硬段‑软段交替的多段结构的聚合物分子，所述聚合物分子的硬段形成分相物理交联；所述聚合物分子的各软段为无定型态，并且，至少部分软段的部分链段中包含至少一种侧基和/或侧链上的侧氢键基团，所述侧氢键基团可以形成链间超分子氢键动态交联。由于氢键的动态可逆性，使得这种动态聚合物热塑性弹性体具有良好的韧性、能量耗散性和自修复性等性能，在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、电子材料抗冲击防护、自修复性密封件、密封胶以及韧性弹性体等方面具有广泛应用。

A dynamic polymer thermoplastic elastomer and its application

【技术实现步骤摘要】
一种动态聚合物热塑性弹性体及其应用
本专利技术涉及一种动态聚合物热塑性弹性体，具体涉及一种包含具有硬段-软段交替多段结构聚合物分子的动态聚合物热塑性弹性体。
技术介绍
交联是聚合物形成三维网络结构以达到提高聚合物弹性、热稳定性和力学性能等效果的通用方法。交联可以是化学(共价)交联或者是物理(非共价/超分子)交联。物理交联由于特别有助于提升聚合物弹性体的加工性能等，因此成为聚合物弹性体发展的一个方向。但是，当仅仅采用物理交联时，如果交联密度较低(交联点之间的链较长/交联点官能度较低)，则往往交联聚合物比较柔软，力学性能不佳；而如果交联密度较高(交联点之间的链较长/交联点官能度较高)，则往往导致交联聚合物硬而脆，无法作为弹性体使用；而且为了保持材料的稳定性，物理交联的解交联温度需高于材料的工作温度，因此，物理交联在材料的工作温度下缺乏动态性。因此，需要发展一种新型的动态聚合物弹性体，使得体系既能够具有尺寸稳定性，又有良好的力学性能和优异的动态性，以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
针对上述背景，为了使聚合物弹性体获得足够的韧性、具备动态性和自修复性，本专利技术提供了一种动态聚合物热塑性弹性体。为此，我们在热塑性弹性体中包含具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子，并且在软段引入含有氢键基团的侧基和/或侧链以形成分散在软段构成的无定型相中的链间超分子氢键交联。聚合物分子硬段形成的分相物理交联可维持聚合物弹性体的热稳定性、力学性能、尺寸稳定性等，而引入的超分子氢键交联可以进一步提高交联密度，增强其稳定性和力学性能；同时超分子氢键的可断裂和再形成弥补了使用温度下基于结晶/相分离的物理交联缺乏的动态性，使得聚合物弹性体本身具有一定的自修复性和良好的韧性；动态超分子氢键的存在，还可以消耗应力，增加材料的韧性并提供阻尼、减震、抗冲击性能。本专利技术可通过如下技术方案予以实现：在本专利技术的实施方式中，一种动态聚合物热塑性弹性体，所述的动态聚合物热塑性弹性体包含具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子；所述的聚合物分子含有硬段和软段的总数大于等于4，且其中含有至少两个硬段和至少两个软段；所述聚合物分子各硬段之间相互混合或各自独立或既相互混合又各自独立地形成结晶相或与软段不相容的相或既有结晶相又有与软段不相容的相，以形成基于硬段的分相物理交联；所述聚合物分子的全部或部分软段的全部或部分链段中包含至少一种侧氢键基团，所述侧氢键基团形成链间超分子氢键动态交联。在本专利技术的实施方式中，一种动态聚合物热塑性弹性体，所述的具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子中，各硬段和各软段各自独立地在其骨架链上还含有骨架氢键基团。在本专利技术的实施方式中，一种动态聚合物热塑性弹性体，所述的具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子中，平均每100个软段骨架重复单元接入含侧氢键基团的侧基、侧链或侧基和侧链中的数目为0.1至200个。在本专利技术的实施方式中，一种动态聚合物热塑性弹性体，其中还含有其他热塑性弹性体聚合物分子成分/其他热塑性聚合物分子成分。在本专利技术的实施方式中，一种动态聚合物热塑性弹性体，所述的动态聚合物热塑性弹性体是固体聚合物、水凝胶、离子液体凝胶、齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、有机凝胶、泡沫材料。在本专利技术的实施方式中，一种动态聚合物热塑性弹性体，构成热塑性弹性体的组分还包括以下任一种或任几种可添加物：助剂、添加剂、填料。在本专利技术的实施方式中，一种动态聚合物热塑性弹性体，所述的动态聚合物热塑性弹性体应用于以下材料或制品：减震器、缓冲材料、抗冲击防护材料、运动防护制品、军警防护制品、自修复性涂层、自修复性板材、自修复性粘结剂、自修复性密封材料、韧性材料、韧性弹性体材料、夹层胶、自粘性玩具、形状记忆材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术的动态聚合物热塑性弹性体包含具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子，基于结晶/相分离的硬段分相物理交联用于提供材料的平衡结构，软段的氢键交联一方面用于对分相物理交联进行交联补充，另一方面用于提供基于其动态性的特异性能。本专利技术的软段氢键交联优选由形成不超过四齿氢键的且主要为直链型结构的氢键基团形成的，因此，氢键具有良好的动态性，可以赋予热塑性弹性体胀流性能，起到抗冲击防护、缓冲减震等吸能防护作用；在外力足够大时，还作为可牺牲键，其断裂可以对外力进行有效的耗散，提高材料的韧性和起到能量吸收的作用；在常温或其他使用温度下可以赋予材料材料在受到外力破坏后的自修复能力；同时，在高温下基于结晶/相分离的物理交联容易熔融，材料又具有良好的加工性能，并且易于回收并再次利用，这在现有的聚合物体系中是无法实现的。(2)本专利技术中，基于侧氢键基团形成软段链间交联。由于侧氢键基团在侧基和/或侧链上，是悬挂在骨架链侧边的基团，其基团和链的运动更加自由，因此动态性更强，既更有利于对外力进行有效的耗散，也特别有利于外力解除后的自修复。(3)在本专利技术中，采用硬段-软段交替的多段结构，可以更加有效地形成分相物理交联，其在热/外力作用下即使发生解离也不容易产生悬挂链而导致分相物理交联性能严重下降。(4)本专利技术的一种动态聚合物热塑性弹性体具有良好的可调控性。通过控制原料和制备方法等参数，可制备化学结构、拓扑结构、分子量等可控的聚合物，获得具有不同表观特征、性能可调、用途广泛的动态聚合物热塑性弹性体；通过控制所含聚合物分子侧基和/或侧链上氢键基团的种类和数目，可以制备动态可逆性强弱不同的动态聚合物热塑性弹性体；通过调节所含多段式聚合物分子各链段的数量、组成、长度以及硬段结晶/相分离和软段超分子氢键交联两者成分的比例，可以制备出不同力学性能、不同吸能效果、不同韧性、不同自修复性等多样性的动态聚合物热塑性弹性体；通过控制所含聚合物分子各嵌段热转变温度，可以制备出适应不同温度的具有形状记忆功能的动态聚合物热塑性弹性体。这在传统的热塑性弹性体体系以及超分子交联体系里面是难以做到的。具体实施方式本专利技术涉及一种动态聚合物热塑性弹性体，其中包含具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子，所述聚合物分子各硬段之间相互混合和/或各自独立地可形成结晶相和/或与软段不相容的相，以形成基于硬段的分相物理交联；所述聚合物分子的各软段为无定型态，并且，至少部分软段的部分链段中包含至少一种侧基和/或侧链上的侧氢键基团，所述侧氢键基团可以形成链间超分子氢键动态交联。本专利技术中所述的“聚合”为链的增长过程/作用，也即通过分子间反应/作用(包括共价化学反应和非共价/超分子作用)形成直链、支化、环、二维/三维团簇、三维无限网络结构的聚合物。本专利技术中所用术语“交联”，指的是分子间和/或分子内通过共价键和/或非共价/超分子化学连接形成具有二维/三维团簇型和/或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。因此，交联可以视为聚合的一种特殊形式。在交联过程中，刚好达到一个三维无限网络时的交联度，称为凝胶点，也称为渗滤阈值。处于凝胶点以上(含，下同)的交联产物，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产物，其仅为稀松的链间链接结构，并未形成三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态聚合物热塑性弹性体，其特征在于，所述的动态聚合物热塑性弹性体包含具有硬段‑软段交替的多段结构的聚合物分子；所述的聚合物分子含有硬段和软段的总数大于等于4，且其中含有至少两个硬段和至少两个软段；所述聚合物分子各硬段之间相互混合或各自独立或既相互混合又各自独立地形成结晶相或与软段不相容的相或既有结晶相又有与软段不相容的相，以形成基于硬段的分相物理交联；所述聚合物分子的全部或部分软段的全部或部分链段中包含至少一种侧氢键基团，所述侧氢键基团形成链间超分子氢键动态交联。

【技术特征摘要】
1.一种动态聚合物热塑性弹性体，其特征在于，所述的动态聚合物热塑性弹性体包含具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子；所述的聚合物分子含有硬段和软段的总数大于等于4，且其中含有至少两个硬段和至少两个软段；所述聚合物分子各硬段之间相互混合或各自独立或既相互混合又各自独立地形成结晶相或与软段不相容的相或既有结晶相又有与软段不相容的相，以形成基于硬段的分相物理交联；所述聚合物分子的全部或部分软段的全部或部分链段中包含至少一种侧氢键基团，所述侧氢键基团形成链间超分子氢键动态交联。2.根据权利要求1所述的一种动态聚合物热塑性弹性体，其特征在于，所述的具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子软段上的侧氢键基团同时含有氢键供体和氢键受体。3.根据权利要求1所述的一种动态聚合物热塑性弹性体，其特征在于，所述的具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子软段上的侧氢键基团含有下述通式所示结构中的至少一种，其中，X选自氧原子、硫原子、氮原子、硅原子、碳原子，Y选自氧原子、硫原子；其中，a为与X原子相连的R1或R2的数目；当X为氧原子或硫原子时，a为0，R1和R2不存在；当X为氮原子时，a为1，R1和R2各自独立地选自氢原子、取代原子或取代基；当X为硅原子或碳原子时，a为1，各个R1和R2各自独立地选自氢原子、取代原子或取代基；其中，G1、G2为端基；其中，L为二价连接基团；其中，L与R1、R2、G1、G2中任一基团之间相连成桥或不相连成桥，R1与G1相连成桥或不相连成桥，R2与G2相连成桥或不相连成桥。4.根据权利要求3所述的一种动态聚合物热塑性弹性体，其特征在于，所述的具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子软段上的侧氢键基团中，R1、R2、G1、G2各自独立选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基、取代的杂烃基；L选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基及其任意多种的组合形成的基团。5.根据权利要求3所述的一种动态聚合物热塑性弹性体，其特征在于，所述的具有硬段-软段交替的多段结构的聚合物分子软段上的侧氢键基团中，R1、R2、G1、G2各自独立选自氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、苄基、三苯甲基、苯基、苄基、甲基苄基、叔丁基硫基、苄基硫基、...

【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