[发明专利]一种基于可逆共价键的互锁网络交联聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于可逆共价键的互锁网络交联聚合物及其制备方法和应用。所述互锁网络交联聚合物，包括如下重量份数的组分：含动态可逆C‑ON键的交联聚合物C 25~75份；含可逆DA键的交联聚合物D 25～75份。本发明选用含有互不干扰的两种温度响应型可逆共价键的交联聚合物经解离，混合，重组后得到具有自适应的特性的互锁结构的交联聚合物，可充分利用网络的限制相分离的效应，实现分子层面的互锁，充分发挥了互锁结构的“强迫相容”作用，力学性能得到较大改善，拉伸强度明显提升。

技术领域

本发明属于高分子材料领域领域，具体涉及一种基于可逆共价键的互锁网络交联聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

互穿网络聚合物(Interpenetrating Polymer Network,IPN)是指有两种或多种聚合物相互贯穿形成的聚合物网络，不同聚合物网络间的相互作用并非是化学键连接，而是机械缠结。这种缠结可以起到强迫增容的作用，增加界面亲和性，实现不同组分的性能互补，是一种聚合物材料改性的有效方法。双网络聚合物 (Dual-Network，DN)是一种特殊的IPN聚合物，该类聚合物将牺牲键概念 (Sacrifice bond)引入IPN体系，常用于制备高韧性、高压缩强度的水凝胶材料，近年来在弹性体领域也有应用。

互穿聚合物网络的制备，一般是采用同步法或分步法，即两种单体同时聚合，或者在一种聚合物网络中聚合另一种单体，形成互穿网络。由于相容性问题，传统IPN体系中各组分倾向于出现相分离，而交联网络又具有限制分相的效用，因此在IPN体系中往往存在直径几纳米到几十纳米的微相结构。通常，互穿网络是指超分子层面上的互穿，即相结构的互穿。而双网络水凝胶或弹性体的结构设计则遵循第一网络组分含量远小于第二网络且第一网络交联密度远大于第二网络的原则。由于两组分比例悬殊且所选原料多为相容性良好的研究对象，所得样品虽在原始状态下无明显相分离，但是在拉伸过程中的组分涨落却会逐渐显现。相分离现象一方面无法最大程度发挥网络互穿带来的‘强迫相容’作用，另一方面过度相分离还可能导致材料力学性能、透明性等的降低。

从材料制备的角度来说，IPN聚合物的制备方法主要包括分步IPN、同步 IPN、胶乳IPN、热塑性IPN等。多数情况下，制备过程中涉及单体或预聚物的溶胀、扩散、聚合以及交联过程。而双网络聚合物作为一种特殊的IPN聚合物，其制备过程较传统IPN有更加严格的要求。目前，为了在双网络体系中引入牺牲键，主要采用对一次网络进行预拉伸(充分溶胀)或者引入非共价键的方法，制备方法与传统IPN类似，均涉及单体或预聚物的溶胀、扩散、聚合以及交联过程。总体来看，IPN或双网络聚合物的设计与制备需要对原料单体或预聚物种类、成分比例以及网络结构进行严苛控制，这给IPN或双网络聚合物的发展以及应用带来了诸多限制。

近年来，利用可逆共价键构筑的自适应性网络逐渐成为研究热点。所谓自适应性网络是指其可以在可逆共价键激发的条件下进行网络结构的重组，甚至实现交联聚合物与线性聚合物的可逆转化(例如逆DA反应)。这一概念为制备具有互锁网络的交联聚合物提供了一种新思路：即通过对交联网络中可逆键的激发，使不溶的交联聚合物可以在适当溶剂中发生网络的解离和重组，甚至发生完全溶解，进而为不同组分在分子层面混合提供可能，此过程中不同网络解离形成的纳米凝胶或线性聚合物在溶液环境中相互渗透、缠结，待混合过程完成后，在逐步去除溶剂的同时实现交联网络的重建和互锁，从分子层面构建一种具有互锁网络结构的交联聚合物。

因此，开发一种具有互锁网络结构的交联聚合物具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中IPN或双网络聚合物在拉伸过程中易发生相分离而导致无法最大程度发挥网络互穿带来的“强迫相容”作用及力学性能的降低的缺陷和不足，提供一种基于可逆共价键的互锁网络交联聚合物。本发明提供的互锁网络交联聚合物选用互不干扰的可逆共价键-C-ON和DA键组合来避免互锁网络形成过程中不同网络间出现化学键链接，拉伸强度明显提升，且可避免相分离导致的力学性能降低的问题。