恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料及其制备方法

摘要

恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料及其制备方法，本发明涉及一种形状记忆聚合物材料及其制备方法。它是为了解决现有的形状记忆聚合物材料驱动形式单一、恢复顺序不可控的问题。恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料按照重量份数比由0.1～40份纤维增强材料和60～99.9份聚氨酯类形状记忆聚合物制成。恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料通过以下步骤制备：(一)配料并干燥(二)热处理后冷却至室温，得到恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料。本发明制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料具有水驱动形状记忆效应且水驱动形状记忆效应的恢复顺序是可控的、聚合物材料的吸水百分含量为4.8％，导电渗流阈值为6％。

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆聚合物材料及其制备方法。

背景技术

形状记忆聚合物由于可用于医学、航天、智能控制等领域，因此受到了越来越多的重视。形状记忆聚合物的形状记忆效应是由两个结构单元引起的，其中一个单元在任何温度下都是不发生形变的；而另一个单元在受到外场作用温度达到转变温度以后，就会发生可逆的形变。形状记忆聚合物在转变温度以下时，具有聚合物的基本特征；在转变温度以上时可以有很大的变形，应变可达百分之几百，而这样的变形又是可完全恢复的；它的聚合物材料具有树脂基聚合物材料所具有的高比强度、高比刚度等优异的力学性能。形状记忆聚合物的研究已相对成熟，出现了形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯、形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯、形状记忆苯乙烯、形状记忆苯乙烯-丁二烯共聚物、形状记忆反式聚异戊二烯、形状记忆聚降冰片烯等热固性和热塑性形状记忆聚合物材料，但现有的形状记忆聚合物材料都是通过热驱动来实现形状记忆效应，存在驱动形式单一、恢复顺序不可控的问题。

发明内容

本发明是为了解决现有的形状记忆聚合物材料驱动形式单一、恢复顺序不可控的问题，而提出的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料及其制备方法。恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料按照重量份数比由0.1～40份纤维增强材料和60～99.9份聚氨酯类形状记忆聚合物制成。恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料的制备方法通过以下步骤实现：(一)按照重量份数比将60～99.9份聚氨酯类形状记忆聚合物和0.1～40份尺寸为20纳米～5微米、真实密度为1.5～2.5g/m³、纯度为95～99％、BET值为900～1200m²/g、DBP值为3.8～6ml/g的纤维增强材料在50～120℃的条件下干燥12～24小时；(二)将干燥好的聚氨酯类形状记忆聚合物加热至200～250℃并保持0.5～1.5小时使聚氨酯类形状记忆聚合物完全溶化，然后向溶化的聚氨酯类形状记忆聚合物中加入干燥好的纤维增强材料并用搅拌机以40～300转/分钟的速度搅拌20～50分钟，然后冷却至室温，得到恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料。本发明制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料除具有热驱动形状记忆效应外还具水驱动形状记忆效应且水驱动形状记忆效应的恢复顺序是可控的，本发明制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料的吸水百分含量为4.8％，导电渗流阈值为6％。

附图说明

图1是具体实施方式六制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料在水驱动下的形状恢复过程，图2具体实施方式六制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料在温度变化条件下的形状恢复过程，图3是具体实施方式十八制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料在水驱动下的形状恢复过程，图4是具体实施方式二十制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料在水驱动下的形状恢复过程。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料按照重量份数比由0.1～40份纤维增强材料和60～99.9份聚氨酯类形状记忆聚合物制成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料按照重量份数比由0.1～20份纤维增强材料和80～99.9份聚氨酯类形状记忆聚合物制成。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料按照重量份数比由7份纤维增强材料和93份聚氨酯类形状记忆聚合物制成。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料按照重量份数比由10份纤维增强材料和90份聚氨酯类形状记忆聚合物制成。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于纤维增强材料为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、碳化硅纤维、碳粉、碳黑、碳纳米管中的一种或几种，当纤维增强材料为2种或2种以上时，纤维增强材料之间为任意比例；聚氨酯类形状记忆聚合物为PBA/MDI/BDO形状记忆聚氨酯、TDI/PEG/BDO形状记忆聚氨酯、TDI/PEA/BDO形状记忆聚氨酯、TDI/PBA/BDO形状记忆聚氨酯、TDI/PTMEG/BDO形状记忆聚氨酯、MDI/PEA/BDO形状记忆聚氨酯、MDI/PBA/BDO形状记忆聚氨酯、MDI/PBAG/TMP形状记忆聚氨酯、PCL/TDI/BDO形状记忆聚氨酯、MM2500、MM4500、MM3520或MM5520中的一种。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式中恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料通过以下步骤制备：(一)按照重量份数比将60～99.9份聚氨酯类形状记忆聚合物和0.1～40份尺寸为20纳米～5微米、真实密度为1.5～2.5g/m³、纯度为95～99％、BET值为900～1200m²/g、DBP值为3.8～6ml/g的纤维增强材料在50～120℃的条件下干燥12～24小时；(二)将干燥好的聚氨酯类形状记忆聚合物加热至200～250℃并保持0.5～1.5小时使聚氨酯类形状记忆聚合物完全溶化，然后向溶化的聚氨酯类形状记忆聚合物中加入干燥好的纤维增强材料并用搅拌机以40～300转/分钟的速度搅拌20～50分钟，然后冷却至室温，得到恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料。

本实施方式制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料，具有恢复顺序可控的水驱动形状记忆效应，将本实施方式制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料变形后放入室温水中，如图1所示：聚合物形状发生恢复，并在140min后，形状恢复到直线状；将本实施方式制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料变形后逐渐升温，如图2所示：随着温度的变化，聚合物形状发生变化，直至形状恢复到直线状。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(一)按照重量份数比将80～99.9份聚氨酯类形状记忆聚合物和0.1～20份尺寸为20纳米～5微米、真实密度为1.5～2.5g/m³、纯度为95～99％、BET值为900～1200m²/g、DBP值为3.8～6ml/g的纤维增强材料在50～120℃的条件下干燥12～24小时。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(一)中按照重量份数比将93份聚氨酯类形状记忆聚合物和7份尺寸为20纳米～5微米、真实密度为1.5～2.5g/m³、纯度为95～99％、BET值为900～1200m²/g、DBP值为3.8～6ml/g的纤维增强材料在50～120℃的条件下干燥12～24小时。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(一)中按照重量份数比将90份聚氨酯类形状记忆聚合物和10份尺寸为20纳米～5微米、真实密度为1.5～2.5g/m³、纯度为95～99％、BET值为900～1200m²/g、DBP值为3.8～6ml/g的纤维增强材料在50～120℃的条件下干燥12～24小时。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(一)中尺寸为20纳米～100纳米、真实密度为1.6～2.2g/m³、纯度为96～98％、BET值为1050～1150m²/g、DBP值为4～5.8ml/g的纤维增强材料。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(一)中尺寸为30纳米～80纳米、真实密度为1.7～2.1g/m³、纯度为96.5～97.5％、BET值为1055～1100m²/g、DBP值为4.1～5.5ml/g的纤维增强材料。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(一)中尺寸为40纳米～60纳米、真实密度为1.8～2.0g/m³、纯度为97～97.5％、BET值为1100～1120m²/g、DBP值为4.5～5.0ml/g的纤维增强材料。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(一)中尺寸为30纳米、真实密度为1.85g/m³、纯度为98.4％、BET值为1100m²/g、DBP值为4.2ml/g的纤维增强材料。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(二)中将干燥好的聚氨酯类形状记忆聚合物加热至220～240℃并保持1～1.2小时。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(二)中将干燥好的聚氨酯类形状记忆聚合物加热至230℃并保持1.1小时。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(二)中搅拌机以80～200转/分钟的速度搅拌25～40分钟。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式六的不同点在于步骤(二)中搅拌机以150转/分钟的速度搅拌30分钟。其它步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十八：本实施方式中恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料通过以下步骤制备：(一)按照重量份数比将85份MM3520和15份尺寸为30纳米、真实密度为1.85g/m³、纯度为98.4％、BET值为1000m²/g、DBP值为4.2ml/g的碳粉在80℃的条件下干燥12小时；(二)将干燥好的MM3520加热至200℃并保持0.5～1.5小时使MM3520完全溶化，然后向溶化的MM3520中加入干燥好的碳粉并用搅拌机以60转/分钟的速度搅拌20分钟，然后冷却至室温，得到恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料。

本实施方式制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料，具有恢复顺序可控的水驱动形状记忆效应，将本实施方式制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料变形后放入室温水中，如图3所示：放置在室温水中15分钟后，聚合物形状发生恢复，并在75min后，形状恢复到直线状。

具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十八的不同点在于步骤(一)按照重量份数比将87份MM3520和13份尺寸为30纳米、真实密度为1.85g/m³、纯度为98.4％、BET值为1000m²/g、DBP值为4.2ml/g的碳粉在80℃的条件下干燥12小时。其它步骤与具体实施方式十八相同。

具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十八的不同点在于步骤(一)按照重量份数比将93份MM3520和7份尺寸为30纳米、真实密度为1.85g/m³、纯度为98.4％、BET值为1000m²/g、DBP值为4.2ml/g的碳粉在80℃的条件下干燥12小时。其它步骤与具体实施方式十八相同。

本实施方式制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料，具有恢复顺序可控的水驱动形状记忆效应，将本实施方式制备的恢复顺序可控的水驱动形状记忆聚合物材料变形后放入室温水中，如图4所示：放置在室温水30min后，聚合物形状发生恢复，并在120min后，形状恢复到直线状。

具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十八的不同点在于步骤(一)按照重量份数比将96份MM5520和4份尺寸为30纳米、真实密度为1.85g/m³、纯度为98.4％、BET值为1000m²/g、DBP值为4.2ml/g的碳粉在80℃的条件下干燥12小时。其它步骤与具体实施方式十八相同。