[發(fā)明專利]基于兩性聚電解質(zhì)的高性能自修復(fù)橡膠及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN109232789B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳錦榮;彭燕;楊毅;宋程;王世祥;黃光速;鄭靜
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C08F220/18
• 分類號: C08F220/18;C08F220/06;C08L33/08
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 呂建平

本發(fā)明公開了一種基于兩性聚電解質(zhì)的高性能自修復(fù)橡膠及其制備方法，所述自修復(fù)橡膠以中性丙烯酸酯類單體為主單體，以帶正電荷和帶負(fù)電荷的丙烯酸酯類單體為共聚單體，通過共聚合在丙烯酸酯類單體的分子側(cè)鏈上引入帶相反電荷的基團(tuán)，帶相反電荷的基團(tuán)聚集形成不同大小離子團(tuán)簇，使得橡膠既具有高自修復(fù)效率又具有優(yōu)異的力學(xué)性能；所述自修復(fù)橡膠的摩爾組分構(gòu)成為：中性丙烯酸酯類單體100份，帶正電荷的丙烯酸酯類單體和帶負(fù)電荷的丙烯酸酯類單體的摩爾含量為5?100份且摩爾比例為1:3至3:1，聚合引發(fā)劑0.0005?0.05份。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橡膠材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于兩性聚電解質(zhì)具有高強(qiáng)度高韌性的自修復(fù)橡膠及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，橡膠材料廣泛應(yīng)用于航空航天、武器裝備、汽車工業(yè)、運(yùn)動器械以及可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，傳統(tǒng)的橡膠采用不可逆共價(jià)鍵來進(jìn)行交聯(lián)，以此提高其力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。但這使得傳統(tǒng)橡膠制品不能自修復(fù)且不可回收，從而造成大量的浪費(fèi)和環(huán)境污染。為了解決這一問題，科研人員提出用可逆共價(jià)或者非共價(jià)鍵來交聯(lián)橡膠。可逆鍵的動態(tài)性可以賦予橡膠比較好的自修復(fù)功能，但是，由于可逆鍵的鍵能低于共價(jià)鍵的鍵能，所以該類自修復(fù)橡膠的力學(xué)性能差；難以兼顧自修復(fù)橡膠的自修復(fù)效率和力學(xué)性能。

為了獲得高韌性高強(qiáng)度的自修復(fù)的橡膠，前人提出了多種方法來增強(qiáng)自修復(fù)橡膠，如在自修復(fù)橡膠中構(gòu)筑納米粒子(G.A.Williams,R.Ishige,O.R.Cromwell,J.Chung,A.Takahara,Z.Guan,Advanced Materials 2015,27,3934-3941.)、相分離結(jié)構(gòu)(J.Hentschel,A.M.Kushner,J.Ziller,Z.Guan,Angewandte Chemie 2012,124,10713-10717)以及通過強(qiáng)弱作用構(gòu)筑犧牲鍵(C.Wang,N.Liu,R.Allen,J.B.H.Tok,Y.Wu,F.Zhang,Y.Chen,Z.Bao,Advanced Materials 2013,25,5785-5790)等方法來增強(qiáng)增韌自修復(fù)橡膠。這些方法在一定程度上提高了自修復(fù)橡膠的力學(xué)性能，但難以與傳統(tǒng)橡膠相媲美，使得自修復(fù)橡膠的實(shí)際應(yīng)用受到極大的限制。所以，制備高力學(xué)性的自修復(fù)橡膠還是一個巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一個目的是提供一種力學(xué)性能能與傳統(tǒng)橡膠如天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠以及傳統(tǒng)橡膠納米粒子復(fù)合材料的力學(xué)性能相匹敵的基于兩性聚電解質(zhì)的高性能自修復(fù)橡膠；本發(fā)明的第二個目的是提供一種制備高性能自修復(fù)橡膠的方法。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)理念，是通過在橡膠基體里面設(shè)計(jì)階梯能量耗散的方式來增強(qiáng)增韌橡膠。本發(fā)明的基本思路是在橡膠分子側(cè)鏈上引入帶正電荷和帶負(fù)電荷的基團(tuán)，構(gòu)筑兩性聚電解質(zhì)，帶正電荷和帶負(fù)電荷的基團(tuán)形成離子鍵并且聚集形成大小不同的離子團(tuán)簇，利用離子團(tuán)簇在外力作用下能夠耗散能量和自修復(fù)，從而賦予橡膠高強(qiáng)度、高韌性和自修復(fù)的特征。

針對本發(fā)明的第一個目的，本發(fā)明提供的基于兩性聚電解質(zhì)的高性能自修復(fù)橡膠，是以中性丙烯酸酯類單體為自修復(fù)橡膠的主單體，以帶正電荷和帶負(fù)電荷的丙烯酸酯類單體為共聚單體，通過共聚合在丙烯酸酯類單體的分子側(cè)鏈上引入帶相反電荷的基團(tuán)，帶相反電荷的基團(tuán)聚集形成不同大小離子團(tuán)簇，使得橡膠既具有高自修復(fù)效率又具有優(yōu)異的力學(xué)性能；高韌性高強(qiáng)度自修復(fù)橡膠的摩爾組分構(gòu)成為：中性丙烯酸酯類單體100份，帶正電荷的丙烯酸酯類單體5-100份，帶負(fù)電荷的丙烯酸酯類單體5-100份，且?guī)д姾傻谋┧狨ヮ悊误w與帶負(fù)電荷的丙烯酸酯類單體的摩爾比例為1:3至3:1，聚合引發(fā)劑0.0005-0.05份。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，帶正電荷的丙烯酸酯類單體5-50份，帶負(fù)電荷的丙烯酸酯類單體5-50份，帶正電荷的丙烯酸酯類單體與帶負(fù)電荷的丙烯酸酯類單體的摩爾比例為1:1。