互穿聚合物网络的研究进展

互穿聚合物网络的研究进展

罗冰吉

广州双一乳胶制品有限公司

摘要：互穿聚合物网络（IPN）是两种或两种以上交联聚合物通过网络的互相贯穿而成的交织聚合物网络。它可以看作是一种特殊形式的聚合物共混物。本文分别从橡胶改性和黏合剂应用两方面概述了互穿聚合物网络的应用研究进展及其表征方法。

关键词：互穿聚合物网络；橡胶改性；黏合剂；应用；表征方法

1.IPN的概念

互穿聚合物网络（IPN）是两种或两种以上交联聚合物通过网络的互相贯穿而成的交织聚合物网络。它可以看作是一种特殊形式的聚合物共混物。IPN作为一类新型聚合物共混物和一种新的共混改性技术，特别是它独特的化学共混方法和网络互穿结构及强迫互容、界面互穿、协同作用等特点，引起了人们的极大兴趣[1]。

2IPN的应用

2.1IPN在橡胶改性中的应用

IPN是制备交联聚合物合金的唯一手段，在橡胶改性中占据不可替代的位置，IPN可以通过动力学控制使原本不相容的组分达到微观相分离的程度，即强迫相容性，如此使其改性适用的范围更加广泛；在性能上，IPN会在某一组成时表现出一个极大值，这称为IPN的协同效应。在橡胶领域，IPN材料作为橡胶制品基材已经得到了一定的应用，具有性能优异、可按照应用要求设计以及原料种类广泛等优点，也存在制备操作繁杂、原料成本较高等缺点。其应用概括起来主要包括橡胶的补强、宽温域阻尼材料和各种功能橡胶材料。［2］

2.1.1橡胶结构材料

王志成等［3］制备了聚硫橡胶和EP的弹性体共混物，与棕刚玉混合之后硫化，制得的三元共混IPN复合材料为一种新型的金属磨具——弹性砂轮。该弹性砂轮的金属磨光粗糙度可达到0.8μｍ，磨光工效是手工磨光的8~10倍。S.Ostad-Movahed等［4］将PBR和SBR按照一定比例共混，加入经过有机表面改性的白炭黑，制得具有IPN结构的汽车轮胎胎面材料，并研究了共混时间、共混温度和并用比对材料性能的影响。结果表明，IPN材料的密度、拉断伸长率和耐磨性能与组分的并用比有关，而硬度、储能模量和tanδ则与共混时间和温度以及胶料粘度有关。

2.1.2橡胶阻尼材料

高分子尤其是橡胶具有独特的粘弹性，在受到外界应力作用时，可以吸收动能将其转化成热能，因此橡胶是一类使用最为广泛的阻尼材料。但是单用某种橡胶制备阻尼材料在很多情况下无法满足需要。IPN技术是一种多相复合改性的重要技术，具有独特的协同效应，其可以较为理想地拓宽橡胶阻尼材料的温域并提高阻尼性能［5］。四川大学［6］采用分步法制备IIR／聚甲基丙烯酸酯（PMAc）IPN阻尼材料，经过测试表征证明该IPN复合材料的阻尼性能优于IIR硫化胶。

2.1.3功能橡胶材料

IPN改性橡胶使其功能化的研究主要涉及到分离膜、离子交换树脂和导电高分子等领域。吸水膨胀橡胶是一种典型的功能橡胶材料，其组成包括具有高弹性的橡胶分子链和高吸水分子链。刘晓丹等［7］采用同步法制备了聚氨酯／丁腈橡胶NBR半－IPN，其中NBR网络为基质，研究证明IPN结构材料在矿化度水中的膨胀率明显高于传统的吸水膨胀橡胶。［8］

2.2IPN在黏合剂的应用

2.2.1有机硅改性聚丙烯酸酯类涂料印染黏合剂

研究表明，在聚丙烯酸酯类涂料印染黏合剂中添加某种有机硅乳液，或在乳液聚合过程中加入氨基硅油进行共聚能够改善织物的湿摩擦牢度。胥正安等人通过引入有机硅类功能性单体，对聚丙烯酸酯类黏合剂进行改性，研制出具有IPN结构的涂料印染黏合剂。Wu等运用IPN技术研制出聚有机硅/聚（苯乙烯-丙烯酸丁酯）涂料印染黏合剂，将此黏合剂应用于涂料印花织物，织物的色泽、耐水性和耐溶剂性等都得到了很大的改善。［9］

2.2.2PU改性聚丙烯酸酯类涂料印染黏合剂

聚氨酯耐热和耐溶剂性良好，手感柔软，耐摩擦牢度好，其胶膜不发粘、不易吸灰，应用在针织物上不会露底，但其价格较高。有研究者将水性聚氨酯与聚丙烯酸酯复配来解决涂料印花织物的延伸性及手感问题，采用IPN技术制成聚氨酯PU/聚丙烯酸酯PA-IPN黏合剂，这样既能改善传统黏合剂耐磨性差、易吸灰等缺陷又不至于成本过高。黄茂福将PU和PA黏合剂进行混拼改性，采用IPN技术合成了PU/PAIPN黏合剂。结果表明，改性后的PU/PAIPN黏合剂改善了PA黏合剂容发粘，应用在涂料印花织物上的摩擦牢度低、易吸灰的缺陷，且比其相同组分的单纯共混物的效果要好很多。［9］

3互穿聚合物网络IPN的表征方法

目前，对互穿聚合物网络结构的表征手段还不够完善，通常我们用以下方法对IPN进行表征：（1）采用光学法，如偏光显微镜、透射电子显微镜等来观察乳胶粒子的形态结构。（2）采用Tg法，测定互穿聚合物网络的玻璃化转变特性，由互穿的各组分间的分子级混溶程度来推断互穿网络是否存在。但这种方法存在一定的缺陷：（1）若进行互穿的各单纯组分的Tg比较接近时，无法判断聚合后的Tg是否改变，也就无法判断聚合物之间是否完成了互穿；（2）采用DSC法或动态力学法测定聚合物的Tg时，得到的结果可能会不一致，这时可能就不能采用Tg法来进行表征（3）采用弹性模量法，测试所得聚合物的弹性模量，根据Davies方程推断进行互穿的两相的连续性由此判断两种聚合物网络互穿的程度。（4）有研究者试想通过运用互穿聚合物网络技术制备的产品表现出的特殊的性能来印证互穿网络结构的存在。例如，王惟制备了一种新型聚氨酯/环氧树脂（PU/EP）LIPN结构，他从产品的性能印证IPN结构的存在。［9］

参考文献：

[1]贾德民，邱清华，互穿聚合物网络研究进展，合成橡胶工业，1997-11-15，20（6）：327～330

[2]谢祥林，徐满才，高淑芹，等.互穿聚合物网络技术在橡胶改性中的应用研究进展，2007，12，30（4）

[3]王志成，平琳，张慧勤．聚硫橡胶／环氧树脂／棕刚玉弹性体砂轮的研制［J］．工程塑料应用，2005，33（4）：37-39.

[4]S.Ostad-Movahed，A.Ansarifar，M.Song，EffectsofDifferentInterphasesontheMechanicalPropertiesofCuredSilanizedSilica-filledStyrene-Butadiene/PolybutadieneRubberBlendsforuseinPassengerCarTireTreads［Ｊ］．JournalofAppliedPolymerScience，2009，113（3）：1868-1878

[5]陈兵勇，马国富，阮家声．宽温域高阻尼橡胶材料研究进展［J］．世界橡胶工业，2004，31（11）：33-37．

[6]四川大学．丁基橡胶／聚甲基丙烯酸酯互穿聚合物网络阻尼材料及其制备方法［P］．中国：CN1266193，2005-08-17.

[7]刘晓丹，董慧民，郝金克，等．聚氨酯／丁腈橡胶互穿网络型吸水膨胀橡胶的性能研究［J］．弹性体，2011，21（4）：29-33．

[8]章于川，杨静，互穿聚合物网络技术在橡胶改性中的应用研究进展.

[9]马妍，互穿聚合物网络黏合剂的研制及应用，