[发明专利]一种杂化动态聚合物及其应用

说明书

本发明公开了一种杂化动态聚合物，其含有由有机硼酸基元与二醇基元反应生成的环状有机硼酸酯键以及由侧氢键基团参与形成的超分子氢键；其中，环状有机硼酸酯键和超分子氢键作为动态聚合物的聚合链接点和/或交联链接点而存在，是形成或维持动态聚合物结构的必要条件。由于环状有机硼酸酯键和超分子氢键的动态可逆性，使得该动态聚合物具有自修复性、重复使用性和可回收性；此外，特定配方的动态聚合物在受到外力作用时，环状有机硼酸酯键和超分子氢键可以作为可牺牲键优先断裂，使得材料体现出良好的韧性。该动态聚合物可以作为自修复材料、韧性材料、密封材料、夹层胶、力传感器等而获得广泛的应用。

技术领域

本发明涉及智能聚合物领域，具体涉及一种由动态可逆共价键和超分子氢键构成的杂化动态聚合物。

背景技术

动态化学是结合了超分子化学和共价化学中的动态共价化学而发展起来的交叉学科。传统的分子化学关注的是稳定的共价相互作用，而动态化学关注的则是一些相对较弱的非共价相互作用和可逆共价键。在这其中，超分子化学是基于非共价的分子间的相互作用，这些非共价相互作用与传统共价键相比，键能较弱，受热力学影响较大，所形成的超分子结构在某种程度上而言并不是一个动力学稳定的体系。而对于动态共价化学而言，其具有一些类似超分子化学的特征，在适宜的条件下才可以发生可逆的共价键“断裂”和“形成”；而相比于超分子化学，动态共价化学中的动态共价键的键能往往大于超分子作用力，甚至与非动态的共价键相近，但是由于动态共价键与超分子作用力本质上的差别，动态共价键的动态性质在动态性本身及其触发条件(响应条件)等方面则与超分子作用力有着很大的不同。动态共价键良好地结合了类似超分子非共价相互作用的可逆性与共价键的稳固性，同时又带有特征的其他动态性和触发条件，使得其得到了广泛的应用，在构筑功能分子和材料、开发化学传感器、调控生物分子、控制智能分子开关和机器等方面表现出了重要作用。

动态聚合物则是由动态化学键链接形成的一类新颖的聚合物体系。根据链接动态聚合物的动态化学键的不同，动态聚合物可以分为基于超分子作用力的物理型动态聚合物和基于动态共价键的共价型动态聚合物。由动态可逆共价键构造的共价型动态聚合物，由于动态可逆共价键所具有的特殊性质，也具有显著的特点。

但是，传统动态共价聚合物中的化学平衡过程涉及的共价键的断裂和形成往往比较缓慢，而且仍常常需要添加催化剂或外界提供能量来加速平衡过程。例如，基于呋喃-马来酰亚胺Diels-Alder环加成反应产物往往需要在高温条件下进行解离反应，并且在有机溶剂中此反应过程进行缓慢；伯胺与醛反应生成的亚胺键，其受酸碱度影响强烈，造成此类亚胺键必须在特定的pH范围内使用；氨基转移可逆交换反应则需要在特殊蛋白酶的作用下才能形成；基于烷氧氮基的动态可逆键，其解离反应温度往往也要达到100-130℃，同时，烷氧氮基解离生成的碳中心自由基对氧和高温敏感，由此带来的不可逆键合会对材料的性能造成影响；含有三硫代酯基团的动态聚合物则需要在紫外光照射或加热条件下才能发生动态交换反应。诸如此类情况的存在，使得动态可逆共价键本身所具有的特性在通常条件下难以得到充分地体现，需要发展一种新型的动态聚合物，以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明针对上述背景，提供了一种含有环状有机硼酸酯键以及由侧氢键基团参与形成的超分子氢键的杂化动态聚合物。所述的杂化动态聚合物稳定性好，在一般的温和条件下即可具有良好的动态可逆性，并可体现出自修复性、可重复使用性、可回收性以及仿生力学性能。

本发明通过如下技术方案予以实现：

本发明涉及一种杂化动态聚合物，其含有环状有机硼酸酯键以及由侧氢键基团参与形成的超分子氢键；其中，环状有机硼酸酯键和超分子氢键作为动态聚合物的聚合链接点和/或交联链接点而存在，是形成或维持动态聚合物结构的必要条件。

在本发明的实施方式中，所述的杂化动态聚合物及其组成和原料成分中的聚合物链拓扑结构选自线型、环状、支化、团簇、交联及其组合形式。