[发明专利]一种互穿网络结构聚合物、交联剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种互穿网络结构聚合物、交联剂及其制备方法，具体涉及一种交联剂、含有聚氨酯和环氧树脂的互穿网络结构聚合物及其制备方法。

背景技术

互穿网络聚合物（Interpenetrating Polymer Network，IPN）是近代多相聚合物的主要发展方向之一，它的出现拓宽了聚合物共混的方法及聚合物材料新的应用领域。所谓“IPN”是指在聚合物中存在着两种或两种以上的聚合物网络，其中至少有一种聚合物网络经聚合或者交联而形成，这些聚合物网络相互贯穿而成为一种较为稳定的交织网聚合物。它和一般的共混聚合物、接枝共聚物不同，并非分子水平上的相互贯穿，而是超分子水平上的相互贯穿，其优点是综合了各自性能上的优势。

环氧树脂（EP）具有良好的化学相容性，易于呈现浸润特性，但是在固化后普遍存在质脆、韧性差、抗应变低、湿固化困难等问题；经过聚氨酯（PU）互穿网络改性后，形成的PU/EP IPN有效地克服了环氧树脂单体的缺点，具有较高的实用价值，广泛用于制作新型阻尼材料、补强材料、灌浆材料和新型涂料等。目前研究热点集中于制备互穿程度适中、相界面结合牢固的PU/EP IPN。

CN103642175A公开了一种路桥用常温快速固化环氧树脂灌缝剂。灌缝剂包括A和B两个组分，A组分由环氧树脂、促进剂、改性增韧剂、偶联剂、稀释剂组成，改性增韧剂是甲苯二异氰酸酯改性端羟基聚丁烯液体橡胶的聚氨酯预聚体。B组分由固化剂、促进剂和消泡剂组成，固化剂是聚醚胺和酚醛胺的混合物，A组分和B组分的质量比为100：（80～100）。该环氧树脂灌缝剂粘结强度高，可以常温固化且固化速度快。但是，环氧基硅烷作为偶联剂，交联效果有限，无法达到环氧树脂和聚氨酯预聚体有机结合的效果；而且稀释剂、聚氨酯预聚体和环氧树脂共同混合，虽然起到稀释环氧树脂的效果，但却无法控制聚氨酯预聚体和环氧树脂的互穿程度；此外体系中含有炭黑等无机着色剂，容易造成互穿结构出现断层。

CN105153389A公开了一种聚氨酯-环氧树脂材料及其制备方法。以聚氨酯、环氧树脂为基本网络材料，通过互贯共聚的手段，成功制备出聚氨酯-环氧树脂材料。该材料是一种互补材料，初步实现聚氨酯和环氧树脂的性能优势互补，但是该材料使用环氧基硅烷作为偶联剂，同样存在交联效果不足的缺点；常规A、B组分共混的合成方式，无法控制聚氨酯预聚体和环氧树脂的互穿程度，影响产品质量且无法准确调控固化时间。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种互穿网络结构聚合物、交联剂及其制备方法。该制备方法通过调整制备方式，使用双乙炔基交联剂，制备出互穿程度适中、固化时间可控、交联网络柔韧性好的互穿网络结构聚合物，该聚合物尤其适合复杂工况下的补强和灌浆使用。

本发明提供了一种互穿网络结构聚合物的双乙炔基交联剂，其化学式为：

式（Ⅰ），

其中，n为 2000～3000，即双乙炔基交联剂的聚合度为2000～3000。

所述双乙炔基交联剂的链转移常数为40～50。

所述的双乙炔基交联剂，所采用的原料包括聚甘油、聚乳酸、丙烯酰氯和三乙胺，所述聚甘油、聚乳酸、丙烯酰氯和三乙胺的重量比例为1：（1～10）：（0.02～0.30）：（0.005～0.050）。

本发明还提供了一种上述的互穿网络结构聚合物的双乙炔基交联剂的制备方法，其包括如下步骤：

（1）将聚甘油、聚乳酸和催化剂混合，然后进行真空脱气，脱气完成后在真空、加热条件下进行第一反应，得到中间体；

（2）用水洗涤中间体，然后第一干燥；

（3）再将中间体溶解在有机溶剂中，然后加入丙烯酰氯和三乙胺进行第二反应，第二反应结束后过滤除去沉淀物质，再向滤液中加入酸溶液，然后用碱溶液中和滤液，加入乙醚生成沉淀，过滤，第二干燥，得到所述的双乙炔基交联剂。

在步骤（1）中，所述聚甘油、聚乳酸和催化剂的质量比为1：（1～10）：（0.01～0.1）。

在步骤（1）中，所述催化剂选自氯化硅、氯化锗、氯化锡和己酸亚锡中的一种或多种，优选为己酸亚锡。

在步骤（1）中，所述真空脱气过程的真空度为0.0095MPa～0.01MPa，脱气时间2h～9h。

在步骤（1）中，在所述第一反应中真空的真空度为0.0083MPa～0.02MPa，所述加热的温度为60℃～180℃，优选为100℃～150℃，加热的时间10h～20h。