[發明專利]可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110690791.5
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113402764B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 顏徐州;張新海
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L61/22;C08G12/06;C08G12/08;B01J13/00;C01B32/05
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：S1、將至少一種雙官能度的反應單體A和至少一種雙官能度的反應單體B溶解在溶劑中，攪拌反應得到預聚體；S2、在步驟S1得到的預聚體中加入含有至少三個官能團的化合物C作為交聯劑，得到動態共價聚合物濕凝膠；S3、將所得動態共價聚合物濕凝膠進行老化處理和溶劑交換處理，然后干燥得到可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料；所述可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料中的動態共價鍵為亞胺鍵、雙硫鍵、硼氧鍵中的至少一種。本發明方法通過動態共價鍵構筑動態聚合物凝膠網絡，實現氣凝膠材料可回收性。

技術領域

本發明涉及氣凝膠制備技術領域，具體地，涉及一種利用具有動態共價化合物化學，規模化制備動態共價聚合物氣凝膠材料的方法，尤其涉及可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料及其制備方法和應用。

背景技術

氣凝膠材料因其低密度、高孔隙率及高比表面積的特征，從而表現出多功能性，在電磁屏蔽、傳感、儲能、催化、水處理、隔熱、降噪等領域均具有巨大的應用前景。但在氣凝膠材料工業化過程中面臨三個問題，即易碎性、收縮性和低產率。一方面，可通過工藝調控以獲得力學性能理想的氣凝膠材料；另一方面，通過超臨界干燥和冷凍干燥可以抑制氣凝膠制備過程中的收縮。但是超臨界干燥和冷凍干燥技術均不適合氣凝膠的大規模制備。因此，解決以上存在的問題，同時賦予氣凝膠材料的新的特征，將有效促進氣凝膠的工業化進程。

隨著人類社會對于可持續性化要求的增加，制備可回收的多功能性材料能夠為工業制提供低價、綠色、環保的材料。目前，大多數的可回收材料主要是用線性的熱塑性聚合物制備。雖然線型聚合物具有可加工性，但與熱固性聚合物材料相比，力學性能、耐溶劑性等均大大降低。通過可逆共價鍵可構筑動態共價聚合物，其兼具熱固性聚合物物理性能和動態可回收性。目前，研究較多的動態共價鍵涉及的反應包括Diels-Alder反應、酯基轉移作用、烯烴復分解、二硫鍵交換、氨基-醛縮合反應、硼氧動態鍵等。但目前利用動態共價聚合物網絡構建氣凝膠的研究鮮有報道。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料及其制備方法和應用。利用動態共價鍵構筑動態聚合物網絡制備的氣凝膠材料，具有優異力學性能、低收縮性、可回收性及多功能性，制備方法簡單、經濟、可大規模化生產。

本發明的目的是通過以下方案實現的：

本發明的第一方面提供一種可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1、將至少一種雙官能度的反應單體A和至少一種雙官能度的反應單體B溶解在溶劑中，攪拌發生聚合反應得到預聚體；其中，所述雙官能度的反應單體A中包含兩個官能團Ⅰ(兩個官能團Ⅰ可以相同，也可以不同)，所述雙官能度的反應單體B中包含兩個官能團Ⅱ(兩個官能團Ⅱ可以相同，也可以不同)；反應溫度在0-80℃之間；

步驟S2、在步驟S1得到的預聚體中加入含有至少三個官能團Ⅲ的化合物C作為交聯劑，得到動態共價聚合物濕凝膠；其中，化合物C中的官能團Ⅲ與步驟S1中過量的官能團Ⅰ或者官能團Ⅱ發生反應，所述雙官能度的反應單體A、雙官能度的反應單體B、化合物C的摩爾比為n_C:|n_A-n_B|＝1:1；反應溫度在0-80℃之間，反應時間為0.5-48h之間；

步驟S3、將所得動態共價聚合物濕凝膠進行老化處理和溶劑交換處理，然后干燥得到可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料；老化溫度在25-60℃，老化時間為12-96h；

所述可回收的多功能性動態共價聚合物氣凝膠材料中的動態共價鍵為亞胺鍵、雙硫鍵、硼氧鍵中的至少一種。

優選地，所述官能團Ⅰ選自醛基、酮基、羥基、巰基、羧基、羰基、雙鍵、二硫鍵、硼酸基、異氰酸酯基中的一種或兩種；所述官能團Ⅱ選自氨基、羥基、巰基、羧基、羰基、雙鍵、二硫鍵、硼酸基、異氰酸酯基中的一種或兩種。