[发明专利]新型弹性体材料及其获得方法

说明书

本发明涉及包括具有共价键的交联桥和另一方面具有非共价键的交联桥特别是热可逆的交联桥的弹性体材料，所述具有共价键的交联桥是通过热不可逆的永久化学交联得到的，所述具有非共价键的交联桥是通过聚合物链的改性以使它们成为能够形成所述非共价键的缔合基团的载体得到的。用所述缔合基团对所述链改性可通过官能化特别是使用在聚合期间使用的官能单体、或者通过接枝进行。

众所周知，当弹性体材料交联时它们获得它们良好的应用性质的大部分。弹性体的交联为它们不仅提供它们的机械性质的改善，而且提供其中它们保持作为它们特性的弹性和柔性性质的温度范围的扩大。

因此，例如，为了获得其尺寸稳定性和弹性的全部性质，得自橡胶树胶乳的天然橡胶必须交联；在不交联的情况下，天然橡胶是在多数情况下很少使用的发粘材料。

天然橡胶和为了使它有用的其交联两者对哥伦布以前(pre-Columbian)的文明如玛雅人来说是已知的，其特别将它用于制造在非常普遍的球类游戏中使用的有弹性的球。然而，在这些文明瓦解之后失去了这种材料的制造方法，特别是使得可将其交联的那些，该材料在阿兹特克(Aztecs)语言Nahuatl中称作ulli，这产生西班牙(墨西哥)名称hule。橡胶的化学交联，特别是用硫的交联，一种现在以硫化的名字已知的方法，在很大程度上归功于CharlesGoodyear的工作，其此外尝试更多以由天然胶乳开发不能渗透的涂料，而不是有弹性的弹性材料。

化学交联以基础弹性体材料例如天然橡胶的聚合物链之间共价化学键的建立为特征。这样，通常相当长的聚合物链应形成三维网络，经常以网的外观以二维呈现，其网孔根据交联密度(或交联结点的密度)是或多或少地紧的。交联密度对弹性体化学网络的主要性质如拉伸或压缩模量、硬度、撕裂强度或失效时的性质(应力、伸长)具有决定性的影响。

对于弹性体材料的热不可逆的永久化学交联存在许多方法，其中最广泛使用的是基于含硫化合物用于在它们的主链中包含不饱和键的弹性体材料如天然或合成聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯以及它们的共聚物、特别是与苯乙烯、丙烯腈和丙烯酸类单体的共聚物的交联中的那些。硫能够通过与初始存在于链中的不饱和键的反应在两个链之间形成单-、二-或多硫化物桥。另一种非常普通的方法是用过氧化物化学交联，其通过自由基反应从聚合物链撕下H·自由基，所述聚合物链然后能够通过由此产生的C·自由基的再结合而结合在一起。

弹性体化学交联的工业方法涉及或多或少复杂的配方，其中例如除了主要的交联剂如硫或过氧化物之外还可发现促进剂、填料、热稳定剂和辐射稳定剂、阻聚剂或减速剂等。

对于弹性体的热不可逆的化学交联在弹性体的机械和热性质方面存在许多优点，但是也涉及产生热固性材料的缺点，有时是主要缺点，其在交联反应之前可加工仅一次和有时为短的时间。这是因为由于化学交联是永久的，一旦材料交联，其不再能热机械地再加工或再循环。

为了克服这种主要的缺点，在整个XX世纪中开发新技术以制造具有非永久交联的弹性体材料。这也称作可逆交联或物理交联，其完全不同于永久的化学交联。因此可热机械地特别是通过用于聚合物的常规加工技术例如挤出、注塑或各种模塑技术如滚塑来再加工的具有非永久交联的弹性体材料形成热塑性弹性体家族。得到热塑性弹性体材料的最普通方法之一在于制造交替或多交替地(multialternately)包括刚性链段和非交联弹性体型柔性链段的嵌段共聚物。可用作热塑性弹性体的嵌段共聚物的实例为苯乙烯嵌段共聚物如聚(苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯)(SBS)或聚(苯乙烯-b-异戊二烯-b-苯乙烯)(SIS)。刚性嵌段(在这种情况下为聚苯乙烯嵌段)彼此缔合，在使用温度(低于刚性嵌段的玻璃化转变温度或软化点)下在由柔性嵌段形成的柔性基体中构成结点。这通过调节两种嵌段的比例得到。这样，所述材料表现为通过作为交联结点的刚性嵌段的集合体彼此结合的弹性体柔性链的组合。然而，由于刚性嵌段可以通过升高温度而软化和任选地流动，所述材料可以被破坏(变性，destructure)，因此热机械地再加工或加工。由刚性嵌段形成的交联结点因此是非永久结点或物理结点。

也可通过在非弹性体热塑性基体中分散交联或非交联的弹性体相部分得到热塑性弹性体。这种复合策略使得可在可再加工的热塑性基体中引入弹性和橡胶状行为。

在基础聚合物链中形成能够物理交联的部位的另一策略是通过官能化或通过接枝对这些链化学改性。其为通过使用在聚合期间引入的官能单体的官能化或者通过接枝、优选共价接枝在所述基础链上包括能够经由非永久的物理相互作用如离子相互作用、氢键、离子-偶极相互作用或偶极-偶极相互作用彼此缔合的自补单元的内容。