[发明专利]一种三重交联高性能聚合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三重交联高性能聚合物及其制备方法，所述聚合物由双环氧单体、交联单体和功能单体固化交联形成，且含有由共价键和两种不同强度多层次氢键形成的交联网络结构，所述共价键与两种所述氢键的作用强度呈梯度递减，通过在聚合物内形成共价键和不同强度的多层次氢键的三重交联网络，克服高性能聚合物的强度‑延展性权衡的困境，动态的、层次化的氢键的及时、连续的断裂和充足过程使聚合物网络在保护结构完整性的同时，能够快速响应外界环境的传递和耗散，从而使得到的刚性聚合物不仅具有高拉伸强度和还具有很好的延伸性。

技术领域

本发明涉及一种高性能聚合物，具体涉及一种三重交联高性能聚合物及其制备方法。

背景技术

高性能聚合物优异的耐高温性、耐腐蚀性；显著的机械强度；特别是其轻质性、结构可设计性、形状可调性等一系列突出的特点，使得这类材料已经逐渐替代大多数传统的金属、无机材料，在微电子、精密机械，特别是航空航天方面得到了广泛的应用，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。近年来，我国无论是在航天航空，还是医疗器械、军工制造及基础设施建设方面都取得了很大的发展，这些方面的发展都对相关材料的性能提出更高的要求，特别是对于在很多器件中用作核心部件的高性能聚合物材料，既要求其具有更加优异的热稳定性、机械强度的同时还具有较好的拉伸延展性能，而传统的高性能聚合物材料已很难同时满足上述要求。因此，研发具有更加优异的综合性能的新型高性能聚合物材料成为了当下亟待解决的、同时也是极具研究价值的科学问题。

增加化学交联密度和或在聚合物中加入填料等传统策略可以提高机械强度，但不幸的是，以牺牲必要的延展性为代价，总之，提高强度往往会导致延展性降低，反之亦然。例如，采用超分子相互作用，如氢键、阳离子-π和金属-配体相互作用，在降低脆性方面显示出显著的效果，因为超分子相互作用的缔合和解离可以有效地耗散能量，然而，非共价超分子相互作用比共价键弱得多，导致机械强度较低，这种强度-延展性权衡一直是聚合物科学中的一个长期难题。开发一种新的策略来同时赋予聚合物高强度和高延伸性是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三重交联高性能聚合物及其制备方法，解决现有聚合物高强度与高延展性难以权衡的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种三重交联高性能聚合物，所述聚合物通过双环氧单体、交联单体和功能单体固化交联制得，且所述聚合物含有由共价键和两种不同强度的多层次氢键形成的交联网络，所述共价键与两种所述氢键的作用强度呈梯度递减。

优选的，所述功能单体之间、和所述功能单体与所述双环氧单体之间可形成不同强度的多层次氢键，所述环氧单体与所述交联单体之间、所述双环氧单体与所述功能单体之间可形成共价键。

优选的，所述双环氧单体为官能度≥2的芳香族环氧树脂，所述交联单体为官能度＞2的多元胺，所述功能单体为含有两种功能基团的化合物，其中一种所述功能基团的官能度≥1且能与环氧开环形成共价键，另一种所述功能基团同时含有氢键供体和氢键受体。

优选的，所述环单体为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂中任意一种，所述交联单体为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、1,6-己二胺、甲基环戊二胺、间苯二甲胺、异佛尔酮二胺、以及2-甲基戊二胺中任意一种，所述功能单体为5-氨基-1H-苯并三唑。

一种三重交联高性能聚合物的制备方法，该方法的工艺步骤和条件如下：

(1)将双环氧单体、交联单体和功能单体混合后溶于适量的溶剂中，搅拌均匀得到混合溶液；

(2)将步骤(1)所得的混合溶液过滤后浇铸在干净的平板玻璃上，并在60-180℃和0-450托的条件下固化3-12小时。

优选的，所述步骤(1)中的双环氧单体、交联单体和功能单体摩尔比为10：2.5-4.5：1-5。