一、 引言

互穿網絡聚合（IPN）是一種獨特的高分子共混物，它是由二種聚合物各自交聯后所得的網絡連續地相互穿插而成的。【1】

這兩種聚合物之間未發生化學鏈結合?！?/span>2】也就是沒有產生化合形成大分子結構，所以它仍然是一種高分子共混物。從二十世紀五十年代國外Frisch H.L等人提出，直到上世紀八十年代才開始研究，本世紀初至今才有研究成果，如聚氨酯-聚甲基丙烯酸縮水甘油酯互穿網絡等?！?/span>3】但是這些互穿網絡聚合物仍然局限在幾種網絡聚合物物理性的互穿狀態，沒有在聚合物網絡互穿之間產生化學鍵結合?！?/span>4】本文是三種網絡聚合物互穿且發生縮合反應，以化學鍵結合形成大分子結構，產生了一種新的超大分子聚合物。這種新的超大分子聚合物除了物理力外，多了一種化學力，因此結構穩固且鍵能高，其物理機械性能遠遠超過了互穿網絡聚合物的性能，從而有著廣闊的應用前景。

二、 制備

三種網絡聚合物互穿化合超大分子彈性體的制備，是長期不斷摸索、試驗、總結無數次經驗及教訓逐漸掌握的，以往的幾種聚合物互穿網絡的制備方法有多種，最典型的是采用兩種線型預聚合物連同各自的交聯劑、催化劑一起混合后鑄型固化（硫化）而成?！?/span>5】還有分步法是把聚合物浸泡于溶液中使一種聚合物滲入到另一種聚合物的網絡中，形成互穿網絡結構（詳見互穿網絡聚合物結構圖1）。

本文這三種聚合物網絡不只是簡單的互穿，而是有一種聚合物與另外兩種聚合物除了網絡互穿外還發生了縮合反應形成共價鍵，三者之間用化學鍵結合，形成網絡互穿化合成超大分子的立體架構的穩定化學結構。本文采用的三種聚合物，其中有二種是柔性高分子聚合物，另一種是剛性高分子聚合物，具體是聚丙二醇二丙烯酸酯，簡稱（柔性1），丁二烯丙烯酸腈，簡稱（柔性2）與酚醛樹脂，簡稱（剛性1）加入各自的引發劑、催化劑、交聯劑以及縮合反應的助劑（八甲基丙烯酸三季戊四醇二己二酸酯）、補強劑、吸附劑等。

其機理是先使柔2聚合物與縮合反應助劑八甲基丙烯酸三季戊四醇二己二酸酯并在140℃溫度下，以過氧化物為引發劑及促進劑DTDM的作用下，發生交聯網絡反應，生成鹽鍵結合，這種鹽鍵也就是離子鍵，隨著使用溫度的升高這種鍵能就越高，這就是下面要講產品的性能為什么會在使用過程中各項性能不但不降低反而增加，也就是性能逆生長的原因?？s合反應助劑與柔2發生交聯以后，還剩有3/5的分子末端含有不飽和雙鍵的多官能團化合物，在催化劑作用下，可以與柔1和剛1發生縮合反應，它們相互之間以共價鍵結合成大分子，并伴有失去小分子水和醇，這種微量生成物，可以被先加入的吸附劑吸收，對超大分子聚合物質量影響不大，發生化合交鏈時在工藝上給予排氣處理。在柔2與柔1、剛1發生縮合反應的同時，柔1與剛1聚合物與它們各自的引發劑、交聯劑發生交聯形成網絡結構。

具體操作如下：先把柔1、柔2、剛1按3:3:4配比稱重，其余配合劑，如：引發劑、交聯劑等，則按各自聚合物量的5%配合，其它配合劑按2%稱量好。在混煉機中，先加柔1和柔2、剛1及助劑，使之均勻混合，并保持溫度在80℃左右，混煉均勻，保證三種聚合物的線狀分子相互摻和，然后再加入三種引發劑，三種交聯劑，及催化劑、吸附劑、補強劑等，也要保證摻和均勻。從混煉機中出來的混合料，再在熱煉機上熱煉，然后出片成規格各異的半成品待用。值得注意的是這種用化學鍵結合的互穿網絡超大分子彈性體千萬不能在混合時就生成網絡結構，不然很難制成零部件，因為它像鋼板一樣硬，就是放入模具型腔中加熱，因失去粘流態無法流動充滿型腔，不能模壓成型。把這種材料半成品再根據型腔形狀大小進行裁切，在硫化機里當溫度在140℃時填入模具型腔，升壓合模，當材料本身也達到140℃時，先是柔2與助劑及柔2的引發劑、交聯劑發生交聯網絡反應，然后在催化劑作用下又與柔1、剛1發生縮合反應，在這種反應促進下，柔1和剛1它們自身也在各自引發劑的帶動下，各自交聯劑與之發生網絡交聯，由于它們是混勻一起，這樣三種聚合物之間的縮合共聚反應及三種聚合物各自的交聯互穿都已完成，形成了一種全新的超大分子聚合物。你中有我，我中有你，各自形成的網絡，也就會相互穿插了。

在電子顯微鏡下，（詳見電子顯微鏡照片）可以看到柔1和柔2共為連續相，見電子顯微鏡照片中標注D1就是剛性聚合物為分散相，均勻分散在柔1和柔2的連續相中，在電子顯微鏡下，可以看到復雜的“細胞”單元結構，“細胞”壁是由柔1和柔2組成，“細胞”核是由剛1組成，剛1相當于建筑物中的鋼筋骨架，柔1和柔2相當于水泥緊緊包圍著剛性網絡聚合物，化學結構十分堅固穩定。這種細胞尺寸大致在30-70納米范圍內，在很多情況下這種“細胞”單元里還有更小的微細結構，其尺寸在10-20納米之間，三種聚合物之間結合很緊密。它們之間結合的鍵能也很高，用鍵能公式計算出，三種聚合物之間緊緊結合在一起的鹽鍵能量為187千卡/克分子，任何外力破壞這種高鍵能是有一定的難度。

                       電子顯微鏡照片         

三、特性及用途

由于三種網絡聚合物之間是用鹽鍵化合力結合的，生成了超大分子彈性體新的化學結構，制成了一種新型的超大分子互穿網絡聚合物與網絡互穿聚合物的高分子共混料有著本質的區別，由于前者化學鍵能高，聚合物網絡之間化學鍵連接穩固，外力很難分開，化學結構決定聚合物的性能，因此它的物理機械性能很高，有些性能是它獨特具有的，用這種材料制成的產品有著非常優異的用途。經過幾年來的推廣及應用，根據材料不同的性能有著不同的用途。

1、硬度高，高于現有彈性體材料與工程塑料相當，但仍然保持彈性。

硬度與彈性是兩種互相對立矛盾的兩項性能，如橡膠在95℃以上幾乎沒有彈性，工程塑料更沒有彈性，這種高硬度具有彈性的特性在高分子材料領域里是前所未有的，當然這種彈性體現只有在高負荷的情況下才表現出來，利用這個特性，就可以用來生產不要骨架，直接用這種材料生產超大負荷的減震制品，如超大型運輸機車的承載輪胎，橋梁和房屋減震支座（見產品照片一），國防坦克履帶，工程機車履帶，航天發射架支座等。

                     產品照片一

2、耐腐蝕性強，耐磨性好，機械強度高，在170℃溫度下仍然保持高的物理機械性能。

現有高分子材料如聚氨酯、氟橡膠，盡管它們耐磨性能好，機械強度高，耐腐蝕好，但是只要溫度上升到60℃，它們的各項性能就會迅速下降，比不上普通材料在常溫下的性能。而這種化合超大分子彈性體，隨著使用溫度升高，鹽鍵鍵能也在升高，物理性能也就提高，產品使用壽命也隨之延長。也就是說隨著使用溫度的升高各項性能不但不降低，相反還有提高，與上面提及的現有高分子材料性能最好的聚氨酯、氟橡膠的性能隨著溫度升高性能降低形成了鮮明的對比。這種材料還能耐各種濃度的酸，如氯離子、氟離子、硫酸根等，特別是耐氯離子最佳。在全國冶煉行業最頭痛的是氯離子的腐蝕，用各種高檔進口的不銹鋼做筒體，做漿葉其使用壽命都不長，很快腐蝕。如四川攀枝花鈦冶煉廠，用鋯材（珠寶級）做成的攪拌漿葉用了三十天就腐蝕成了鋸齒般的薄片，而這種新材料制成的漿葉，用了三個月后仍可繼續使用，而價格是前者的百分之一不到（見產品照片二）。              

產品照片二

在2010年10月廣東丹霞冶煉廠從德國引進了成套年產10萬噸鋅的流水線裝備，其中因砂磨機德國原裝的磨盤不耐磨和腐蝕，到了二個多月就報廢了，嚴重影響生產的連續性，被迫停產，德國工程師來到現場也無法解決，后來用這種新材料制成的磨盤，可以連續使用十個月以上（見產品照片三）。另外用這種材料生產的選礦廠浮選機轉子、定子效果也是非常好的（見產品照片圖四）

           產品照片三                     產品照片四

3、與金屬粘合性好，抗日光天候老化好。

最成功的例子是在鋅冶煉廠電解鋅中，在陰極板上取代塑料制成的絕緣條、防腐層，因為這種新材料與陰極板能形成化學鍵結合，與陰極板形成難以分割的整體，從而克服了以前塑料絕緣條易脫落，造成陰極板過早腐蝕報廢的現象，為企業節能、環保、創收做出了貢獻。（見產品圖片四）

                      產品圖片四

四、后語

這個材料2007年就已經初步研發成功，并開始在市場上應用，初步取得好的反響，但在性能方面還不是很突出，后來經過不斷實驗選擇了一種新的柔性聚合物與其中一種柔性聚合物，它們極性相同，相溶性好，生成的網絡結構更加緊密，性能得到了很大的提升。

于2014年2月27日申請發明專利，2017年3月22日正式授權。（詳見發明專利證書照片）

這種新型超大分子彈性體材料有著廣闊的應用前景，從2010年開始在冶煉行業中逐步應用推廣，主要用在氯離子、氟離子、硫酸根等離子中，制成攪拌漿葉、磨盤、轉子、定子及槽體容器等，取代了不銹鋼、尼龍、聚氨酯、聚四氟乙稀等金屬和非金屬材料。大大提高了產品的使用壽命，給企業節能、降耗、增效帶來明顯的好處。

今后重點放在開發這種材料的應用上，由于它具有耐腐蝕，耐油，耐溫，耐磨，強度高及高硬下具有彈性的特性，而且這種特性隨著使用溫度的升高，性能也提高的獨特優點，可以在以下領域中進行應用研究。如：航空、航天、航海、智能、國防工業、民用等，在這些領域中，新材料取代了現有材料的不足。目前用這種材料正在試制的產品有二千米以下的石油管道中高壓耐油密封圈，克服了以前氟橡膠密封圈使用壽命短，更換一次難度大的難題在石油開采中取得初步成效。另外還在合作開發試制的有智能機器人中的機身和機械手臂，用這種材料強度高、比重輕、加工制作方便（可塑度大）、外表細膩、耐日光老化、絕緣性好的特性，顯示了比原有材料制作出的產品具有更多的優越性。另外還在試制履帶—一種不用金屬骨架輕型、耐磨、減噪型履帶。我們將加大開發應用的力度與各個領域專家共同努力，使這種超大分子聚合物彈性體在不同領域中大顯身手。

參考文獻

（1）有機硅互穿聚合物網絡的研究和應用現狀   謝詳；黎厚斌；黃榮華；董亞巍  2015-05-25

有機硅材料  

（2）互穿聚合物網絡   劉強  橡膠特性及配方優化設計   2007-07

（3）增塑聚氨酯，聚甲基丙烯酸縮水油酯同步互穿網絡的反應動力學研究【J】、劉軼群   高分子材料科學與工程    2000.16（6）134-137

（4） 聚氨酯苯乙烯互穿網絡膜的實驗研究【J】朱國全，畢紅衛、劉曙光 山東化工，2002，31（2）：4，5，7

（5）Park sJ,Jin JS.Energetic,studies on epoxy zpolyure thane inter2

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