[发明专利]基于多重氢键作用的强而韧且可再加工的丁腈橡胶及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于多重氢键作用的强而韧且可再加工的丁腈橡胶及制备方法，通过将2‑脲基‑4[1H]‑嘧啶酮(UPy)基团作为物理交联基元接枝到偕胺肟化丁腈橡胶的主链上，实现了橡胶的增强增韧。当UPy单封端的六亚甲基二异氰酸酯的接枝含量为2.25wt％时，橡胶的拉伸强度和断裂韧性分别达到8.57MPa和39.12MJ·m^‑3，比传统的硫磺硫化NBR高得多。由氢键形成的动态物理交联网络断裂后仍可以多次重新形成，在分散应力集中的同时，还可确保所制得橡胶的回弹力并赋予其多次再加工的特点。

技术领域

本发明属于可再加工橡胶领域，涉及一种基于多重氢键作用的强而韧且可再加工的丁腈橡胶及制备方法。

背景技术

自1839年发现橡胶硫化以来，橡胶在人类的日常生活和生产做出了巨大贡献。根据来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。其中，丁腈橡胶(NBR)作为合成橡胶的重要品种，通过丁二烯与丙烯腈共聚制备得到，由于有高极性氰基的存在而具有优异的耐油性，并且已成为汽车、航空航天、石化等行业中必不可少的弹性材料。相关行业的快速发展对橡胶的机械性能如拉伸强度和断裂韧性等提出了更高的要求。通常，橡胶的独特优势(例如出色的回弹性和耐化学性)源于橡胶的共价交联网络，因此，未硫化的橡胶一般不能立即使用。然而，传统硫化橡胶交联网络的不可逆性使其无法再加工，进而导致资源浪费和环境污染的问题。基于此，探索制备具有优异机械性能且可再加工的丁腈橡胶的新方法具有重要意义。近年来，为了在确保一定机械性能的同时赋予橡胶重复加工的性能，将动态化学键引入橡胶体系或开发新型热塑性橡胶已被证明是有效方法，其中后者似乎更容易实现，也更灵活。然而，尽管热塑性弹性体(TPE)同时具备了硫化橡胶的弹性和热塑性塑料的加工性能，但其存在机械强度较差、断裂应变和回弹率低的缺点，这些缺点严重制约了传统橡胶衍生的TPE的使用和发展。实际应用中亟需具有良好机械性能的热塑性橡胶，但是如何实现该类橡胶的开发成为研究者们需要解决的难题。

为此，从构筑热塑性橡胶的角度出发，我们发明了一种基于多重氢键作用的强而韧且可再加工的丁腈橡胶(NBR)，通过化学接枝的方法向线性NBR体系中引入多重氢键的构筑基元，赋予橡胶良好的包括回弹性以及拉伸强度和断裂韧性在内的机械性能。同时，氢键交联网络的动态性本质也可赋予橡胶可再加工和自修复的性质。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于多重氢键作用的强而韧且可再加工的丁腈橡胶及制备方法。针对技术背景，提供一种基于多重氢键作用的强而韧且可再加工的丁腈橡胶(NBR)及其制备方法，即通过将2-脲基-4[1H]-嘧啶酮(UPy)基团作为物理交联基元接枝到偕胺肟化丁腈橡胶的主链上，实现了橡胶的增强增韧。当UPy单封端的六亚甲基二异氰酸酯的接枝含量为2.25wt％时，橡胶的拉伸强度和断裂韧性分别达到8.57MPa和39.12MJ·m^-3，比传统的硫磺硫化NBR高得多。由氢键形成的动态物理交联网络断裂后仍可以连续再生，这在分散应力集中的同时，还可确保所制得橡胶的回弹力并赋予其多次再加工的特点。

技术方案

一种基于多重氢键作用的强而韧且可再加工的丁腈橡胶，其特征在于：以9.2～24.3份羟胺与72.9～89.2质量份NBR在溶解状态下进行亲核加成反应制得偕胺肟化NBR，再与0.3～4.3质量份的二异氰酸酯接枝到偕胺肟化丁腈橡胶主链上，得到多重氢键接枝的改性丁腈橡胶NBR-g-UPy固体；所述二异氰酸酯接枝是2-脲基-4[1H]-嘧啶酮UPy单封端的二异氰酸酯。

所述二异氰酸酯包括但不限于：六亚甲基二异氰酸酯HDI、甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI中的任意一种或其组合。

一种制备所述基于多重氢键作用的强而韧且可再加工的丁腈橡胶的方法，其特征在于步骤为两步反应：