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作为一种重要的战略资源,橡胶在国防、军事及社会生活各个方面中获得了广泛应用,其使用及回收关系国计民生。硫化交联是橡胶获得使用价值的前提,但是传统橡胶硫化体系也存在几个问题:交联体系使用的助剂中有部分是对人体有害的;交联反应过程中会释放损害人体健康的挥发性有机气体;硫化后的橡胶主要是由C-C,C-S不可逆共价键交联,这使得废旧的橡胶制品难以回收利用,产生严重的“黑色污染”。另一方面,传统的废旧橡胶回收方法主要依靠堆积填埋,焚烧裂解等低效方式,造成了资源浪费与环境污染。共价适应性网络的发展为橡胶回收和多功能化带来了新的方向,通过将动态共价键引入交联网络,使交联后的橡胶具有可塑性,突破了传统热固性聚合物和热塑性聚合物的界限,实现了热固性聚合物优异机械性能、化学稳定性与热塑性聚合物可回收两者优点的结合,做到“鱼和熊掌”兼得。针对我国天然橡胶资源匮乏,废旧橡胶回收困难的现状,以环氧化聚异戊二烯和环氧化天然橡胶为基体,构建共价适应性网络,开发机械性能优异同时具有可回收性能的橡胶复合材料具有重要的意义。交联和补强是橡胶的永恒主题,结合共价适应性网络结构设计,本研究从填料-橡胶界面动态交联和开发生物基绿色动态交联剂两个方向出发,在环氧化聚异戊二烯和环氧化天然橡胶基体中构建了多种共价适应性网络弹性体。本文主要开展了以下几部分工作:(1)通过对聚异戊二烯和二维纳米填料氮化硼的环氧化改性获得环氧化聚异戊二烯(EPI)和环氧化氮化硼(EBN),同时以5-氨基间苯二甲酸为单体缩聚得到末端为羧基的超支化聚酰胺(HBPA)用作多官能度交联剂。通过双辊开炼获得EPI/HBPA/EBN混炼胶,在催化剂作用下,HBPA分子末端的羧基与EBN和EPI的环氧基团发生开环反应,分别在橡胶基体和填料界面形成β-羟基酯键动态交联,制备了具有共价适应性网络的环氧化聚异戊二烯基橡胶纳米复合材料。超支化聚合物的低粘度有利于交联剂在橡胶基体中分散,通过羧基与环氧的高效交联以及添加高填充份数EBN,复合材料兼具优异的机械性能及高导热性能。通过β-羟基酯键的酯交换反应实现复合材料的重塑以及再加工成型。结合复合材料可调的玻璃化转变温度以及可重塑的特点制备了可编程形状记忆材料。基于界面动态交联策略制备的EPI/EBN橡胶纳米复合材料集合了优异的机械性能,可塑性,形状记忆和高导热特性,扩展了具有共价适应性网络弹性体的应用范围。(2)以4-羧基苯基硼酸频哪醇酯(CAPE)作为交联剂,热压过程中,CAPE的羧基与环氧化天然橡胶(ENR)的环氧官能团反应,CAPE另一端的硼酸酯五元环与SiO2表面羟基通过酯交换反应形成动态硼酸酯界面,在ENR/SiO2复合材料中构建了硼酸酯键交联共价适应性网络。研究表明,由于环氧开环反应和硼酸酯键动态交换,交联网络中存在界面硼酸酯键交联与分子间硼酸酯键交联。交联过程中在SiO2表面形成了界面硼酸酯键交联,因此SiO2和ENR之间具有良好的界面相容性,引入SiO2实现对复合材料即增强又增韧的效果。硼酸酯键在无催化剂的情况下可通过解离或复分解机理进行动态交换反应,从而使弹性体具有高弹性、自愈性和可再加工性能。此外,通过浸渍法制备了具有导电涂层的柔性导电弹性体,通过硼酸酯键动态交换实现材料自愈合。该方法直接利用填料自有官能团参与交联,实现了一步法反应得到动态界面交联弹性体,可扩展到多种含环氧和羟基的聚合物/填料体系中。(3)开发了生物质衍生物果糖二磷酸(DF)作为环氧化天然橡胶(ENR)的绿色交联剂,通过磷酸基团与环氧基团开环反应,制备含有β-羟基磷酸酯键动态共价交联键和丰富氢键的共价适应性网络。交联网络可通过高温下β-羟基磷酸酯键的动态交换实现聚合物拓扑网络的重排,赋予弹性体可回收性能。网络中丰富的氢键在拉伸过程中充当牺牲键,能够有效地耗散能量,在保持材料动态性能的同时提高力学性能。进一步通过动态交换将不同玻璃化转变温度的样品“焊接”,制备了具有多重形状记忆的智能材料。该策略首次将动态β-羟基磷酸酯键引入橡胶基弹性体网络中,为橡胶绿色交联提供了新的路径。(4)开发了生物质天然多酚化合物-单宁酸作为环氧化天然橡胶(ENR)交联剂,利用单宁酸丰富的羟基作为交联位点制备具有共价适应性网络的ENR基弹性体。单宁酸的刚性结构及多个交联位点使交联网络兼具高强度,高模量。利用单宁酸内部的β-羟基酯和临近羟基催化效应,无需添加酯交换催化剂即可赋予所制备的复合材料可重塑和可再加工性能。