[发明专利]可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将至少一种双官能度的反应单体A和至少一种双官能度的反应单体B溶解在溶剂中，搅拌反应得到预聚体；S2、在步骤S1得到的预聚体中加入含有至少三个官能团的化合物C作为交联剂，得到动态共价聚合物湿凝胶；S3、将所得动态共价聚合物湿凝胶进行老化处理和溶剂交换处理，然后干燥得到可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料；所述可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料中的动态共价键为亚胺键、双硫键、硼氧键中的至少一种。本发明方法通过动态共价键构筑动态聚合物凝胶网络，实现气凝胶材料可回收性。

技术领域

本发明涉及气凝胶制备技术领域，具体地，涉及一种利用具有动态共价化合物化学，规模化制备动态共价聚合物气凝胶材料的方法，尤其涉及可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶材料因其低密度、高孔隙率及高比表面积的特征，从而表现出多功能性，在电磁屏蔽、传感、储能、催化、水处理、隔热、降噪等领域均具有巨大的应用前景。但在气凝胶材料工业化过程中面临三个问题，即易碎性、收缩性和低产率。一方面，可通过工艺调控以获得力学性能理想的气凝胶材料；另一方面，通过超临界干燥和冷冻干燥可以抑制气凝胶制备过程中的收缩。但是超临界干燥和冷冻干燥技术均不适合气凝胶的大规模制备。因此，解决以上存在的问题，同时赋予气凝胶材料的新的特征，将有效促进气凝胶的工业化进程。

随着人类社会对于可持续性化要求的增加，制备可回收的多功能性材料能够为工业制提供低价、绿色、环保的材料。目前，大多数的可回收材料主要是用线性的热塑性聚合物制备。虽然线型聚合物具有可加工性，但与热固性聚合物材料相比，力学性能、耐溶剂性等均大大降低。通过可逆共价键可构筑动态共价聚合物，其兼具热固性聚合物物理性能和动态可回收性。目前，研究较多的动态共价键涉及的反应包括Diels-Alder反应、酯基转移作用、烯烃复分解、二硫键交换、氨基-醛缩合反应、硼氧动态键等。但目前利用动态共价聚合物网络构建气凝胶的研究鲜有报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料及其制备方法和应用。利用动态共价键构筑动态聚合物网络制备的气凝胶材料，具有优异力学性能、低收缩性、可回收性及多功能性，制备方法简单、经济、可大规模化生产。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

本发明的第一方面提供一种可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将至少一种双官能度的反应单体A和至少一种双官能度的反应单体B溶解在溶剂中，搅拌发生聚合反应得到预聚体；其中，所述双官能度的反应单体A中包含两个官能团Ⅰ(两个官能团Ⅰ可以相同，也可以不同)，所述双官能度的反应单体B中包含两个官能团Ⅱ(两个官能团Ⅱ可以相同，也可以不同)；反应温度在0-80℃之间；

步骤S2、在步骤S1得到的预聚体中加入含有至少三个官能团Ⅲ的化合物C作为交联剂，得到动态共价聚合物湿凝胶；其中，化合物C中的官能团Ⅲ与步骤S1中过量的官能团Ⅰ或者官能团Ⅱ发生反应，所述双官能度的反应单体A、双官能度的反应单体B、化合物C的摩尔比为n_C:|n_A-n_B|＝1:1；反应温度在0-80℃之间，反应时间为0.5-48h之间；

步骤S3、将所得动态共价聚合物湿凝胶进行老化处理和溶剂交换处理，然后干燥得到可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料；老化温度在25-60℃，老化时间为12-96h；

所述可回收的多功能性动态共价聚合物气凝胶材料中的动态共价键为亚胺键、双硫键、硼氧键中的至少一种。

优选地，所述官能团Ⅰ选自醛基、酮基、羟基、巯基、羧基、羰基、双键、二硫键、硼酸基、异氰酸酯基中的一种或两种；所述官能团Ⅱ选自氨基、羟基、巯基、羧基、羰基、双键、二硫键、硼酸基、异氰酸酯基中的一种或两种。