恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料及其製備方法

2023-08-10 17:41:51

專利名稱：恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種形狀記憶聚合物材料及其製備方法。
背景技術：
形狀記憶聚合物由於可用於醫學、航天、智能控制等領域，因此受到了越來越多的重視。形狀記憶聚合物的形狀記憶效應是由兩個結構單元引起的，其中一個單元在任何溫度下都是不發生形變的；而另一個單元在受到外場作用溫度達到轉變溫度以後，就會發生可逆的形變。形狀記憶聚合物在轉變溫度以下時，具有聚合物的基本特徵；在轉變溫度以上時可以有很大的變形，應變可達百分之幾百，而這樣的變形又是可完全恢復的；它的聚合物材料具有樹脂基聚合物材料所具有的高比強度、高比剛度等優異的力學性能。形狀記憶聚合物的研究已相對成熟，出現了形狀記憶聚氨酯、形狀記憶聚酯、形狀記憶環氧樹脂、形狀記憶氰酸酯、形狀記憶苯乙烯、形狀記憶苯乙烯-丁二烯共聚物、形狀記憶反式聚異戊二烯、形狀記憶聚降冰片烯等熱固性和熱塑性形狀記憶聚合物材料，但現有的形狀記憶聚合物材料都是通過熱驅動來實現形狀記憶效應，存在驅動形式單一、恢復順序不可控的問題。

發明內容
本發明是為了解決現有的形狀記憶聚合物材料驅動形式單一、恢復順序不可控的問題，而提出的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料及其製備方法。恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由0.1～40份纖維增強材料和60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料的製備方法通過以下步驟實現(一)按照重量份數比將60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物和0.1～40份尺寸為20納米～5微米、真實密度為1.5～2.5g/m3、純度為95～99％、BET值為900～1200m2/g、DBP值為3.8～6ml/g的纖維增強材料在50～120℃的條件下乾燥12～24小時；(二)將乾燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至200～250℃並保持0.5～1.5小時使聚氨酯類形狀記憶聚合物完全溶化，然後向溶化的聚氨酯類形狀記憶聚合物中加入乾燥好的纖維增強材料並用攪拌機以40～300轉/分鐘的速度攪拌20～50分鐘，然後冷卻至室溫，得到恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料。本發明製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料除具有熱驅動形狀記憶效應外還具水驅動形狀記憶效應且水驅動形狀記憶效應的恢復順序是可控的，本發明製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料的吸水百分含量為4.8％，導電滲流閾值為6％。


圖1是具體實施方式
六製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料在水驅動下的形狀恢復過程，圖具體實施方式
六製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料在溫度變化條件下的形狀恢復過程，圖3是具體實施方式
十八製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料在水驅動下的形狀恢復過程，圖4是具體實施方式
二十製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料在水驅動下的形狀恢復過程。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式中恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由0.1～40份纖維增強材料和60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由0.1～20份纖維增強材料和80～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由7份纖維增強材料和93份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由10份纖維增強材料和90份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於纖維增強材料為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維、硼纖維、碳化矽纖維、碳粉、碳黑、碳納米管中的一種或幾種，當纖維增強材料為2種或2種以上時，纖維增強材料之間為任意比例；聚氨酯類形狀記憶聚合物為PBA/MDI/BDO形狀記憶聚氨酯、TDI/PEG/BDO形狀記憶聚氨酯、TDI/PEA/BDO形狀記憶聚氨酯、TDI/PBA/BDO形狀記憶聚氨酯、TDI/PTMEG/BDO形狀記憶聚氨酯、MDI/PEA/BDO形狀記憶聚氨酯、MDI/PBA/BDO形狀記憶聚氨酯、MDI/PBAG/TMP形狀記憶聚氨酯、PCL/TDI/BDO形狀記憶聚氨酯、MM2500、MM4500、MM3520或MM5520中的一種。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式中恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料通過以下步驟製備(一)按照重量份數比將60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物和0.1～40份尺寸為20納米～5微米、真實密度為1.5～2.5g/m3、純度為95～99％、BET值為900～1200m2/g、DBP值為3.8～6ml/g的纖維增強材料在50～120℃的條件下乾燥12～24小時；(二)將乾燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至200～250℃並保持0.5～1.5小時使聚氨酯類形狀記憶聚合物完全溶化，然後向溶化的聚氨酯類形狀記憶聚合物中加入乾燥好的纖維增強材料並用攪拌機以40～300轉/分鐘的速度攪拌20～50分鐘，然後冷卻至室溫，得到恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料。
本實施方式製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料，具有恢復順序可控的水驅動形狀記憶效應，將本實施方式製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料變形後放入室溫水中，如圖1所示聚合物形狀發生恢復，並在140min後，形狀恢復到直線狀；將本實施方式製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料變形後逐漸升溫，如圖2所示隨著溫度的變化，聚合物形狀發生變化，直至形狀恢復到直線狀。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(一)按照重量份數比將80～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物和0.1～20份尺寸為20納米～5微米、真實密度為1.5～2.5g/m3、純度為95～99％、BET值為900～1200m2/g、DBP值為3.8～6ml/g的纖維增強材料在50～120℃的條件下乾燥12～24小時。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(一)中按照重量份數比將93份聚氨酯類形狀記憶聚合物和7份尺寸為20納米～5微米、真實密度為1.5～2.5g/m3、純度為95～99％、BET值為900～1200m2/g、DBP值為3.8～6ml/g的纖維增強材料在50～120℃的條件下乾燥12～24小時。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(一)中按照重量份數比將90份聚氨酯類形狀記憶聚合物和10份尺寸為20納米～5微米、真實密度為1.5～2.5g/m3、純度為95～99％、BET值為900～1200m2/g、DBP值為3.8～6ml/g的纖維增強材料在50～120℃的條件下乾燥12～24小時。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(一)中尺寸為20納米～100納米、真實密度為1.6～2.2g/m3、純度為96～98％、BET值為1050～1150m2/g、DBP值為4～5.8ml/g的纖維增強材料。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(一)中尺寸為30納米～80納米、真實密度為1.7～2.1g/m3、純度為96.5～97.5％、BET值為1055～1100m2/g、DBP值為4.1～5.5ml/g的纖維增強材料。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(一)中尺寸為40納米～60納米、真實密度為1.8～2.0g/m3、純度為97～97.5％、BET值為1100～1120m2/g、DBP值為4.5～5.0ml/g的纖維增強材料。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(一)中尺寸為30納米、真實密度為1.85g/m3、純度為98.4％、BET值為1100m2/g、DBP值為4.2ml/g的纖維增強材料。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(二)中將乾燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至220～240℃並保持1～1.2小時。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(二)中將乾燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至230℃並保持1.1小時。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(二)中攪拌機以80～200轉/分鐘的速度攪拌25～40分鐘。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
六的不同點在於步驟(二)中攪拌機以150轉/分鐘的速度攪拌30分鐘。其它步驟與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十八本實施方式中恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料通過以下步驟製備(一)按照重量份數比將85份MM3520和15份尺寸為30納米、真實密度為1.85g/m3、純度為98.4％、BET值為1000m2/g、DBP值為4.2ml/g的碳粉在80℃的條件下乾燥12小時；(二)將乾燥好的MM3520加熱至200℃並保持0.5～1.5小時使MM3520完全溶化，然後向溶化的MM3520中加入乾燥好的碳粉並用攪拌機以60轉/分鐘的速度攪拌20分鐘，然後冷卻至室溫，得到恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料。
本實施方式製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料，具有恢復順序可控的水驅動形狀記憶效應，將本實施方式製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料變形後放入室溫水中，如圖3所示放置在室溫水中15分鐘後，聚合物形狀發生恢復，並在75min後，形狀恢復到直線狀。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
十八的不同點在於步驟(一)按照重量份數比將87份MM3520和13份尺寸為30納米、真實密度為1.85g/m3、純度為98.4％、BET值為1000m2/g、DBP值為4.2ml/g的碳粉在80℃的條件下乾燥12小時。其它步驟與具體實施方式
十八相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
十八的不同點在於步驟(一)按照重量份數比將93份MM3520和7份尺寸為30納米、真實密度為1.85g/m3、純度為98.4％、BET值為1000m2/g、DBP值為4.2ml/g的碳粉在80℃的條件下乾燥12小時。其它步驟與具體實施方式
十八相同。
本實施方式製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料，具有恢復順序可控的水驅動形狀記憶效應，將本實施方式製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料變形後放入室溫水中，如圖4所示放置在室溫水30min後，聚合物形狀發生恢復，並在120min後，形狀恢復到直線狀。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
十八的不同點在於步驟(一)按照重量份數比將96份MM5520和4份尺寸為30納米、真實密度為1.85g/m3、純度為98.4％、BET值為1000m2/g、DBP值為4.2ml/g的碳粉在80℃的條件下乾燥12小時。其它步驟與具體實施方式
十八相同。
權利要求
1.恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料，其特徵在於恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由0.1～40份纖維增強材料和60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。
2.根據權利要求1所述的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料，其特徵在於恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由0.1～20份纖維增強材料和80～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。
3.根據權利要求1所述的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料，其特徵在於恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由7份纖維增強材料和93份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。
4.根據權利要求1所述的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料，其特徵在於恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由10份纖維增強材料和90份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。
5.根據權利要求1所述的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料，其特徵在於纖維增強材料為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維、硼纖維、碳化矽纖維、碳粉、碳黑、碳納米管中的一種或幾種，當纖維增強材料為2種或2種以上時，纖維增強材料之間為任意比例；聚氨酯類形狀記憶聚合物為PBA/MDI/BDO形狀記憶聚氨酯、TDI/PEG/BDO形狀記憶聚氨酯、TDI/PEA/BDO形狀記憶聚氨酯、TDI/PBA/BDO形狀記憶聚氨酯、TDI/PTMEG/BDO形狀記憶聚氨酯、MDI/PEA/BDO形狀記憶聚氨酯、MDI/PBA/BDO形狀記憶聚氨酯、MDI/PBAG/TMP形狀記憶聚氨酯、PCL/TDI/BDO形狀記憶聚氨酯、MM2500、MM4500、MM3520或MM5520中的一種。
6.恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料的製備方法，其特徵在於恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料的製備方法通過以下步驟實現(一)按照重量份數比將60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物和0.1～40份尺寸為20納米～5微米、真實密度為1.5～2.5g/m3、純度為95～99％、BET值為900～1200m2/g、DBP值為3.8～6ml/g的纖維增強材料在50～120℃的條件下乾燥12～24小時；(二)將乾燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至200～250℃並保持0.5～1.5小時使聚氨酯類形狀記憶聚合物完全溶化，然後向溶化的聚氨酯類形狀記憶聚合物中加入乾燥好的纖維增強材料並用攪拌機以40～300轉/分鐘的速度攪拌20～50分鐘，然後冷卻至室溫，得到恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料。
7.根據權利要求6所述的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料的製備方法，其特徵在於步驟(一)中選擇尺寸為20納米～100納米、真實密度為1.6～2.2g/m3、純度為96～98％、BET值為1050～1150m2/g、DBP值為4～5.8ml/g的纖維增強材料。
8.根據權利要求6所述的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料的製備方法，其特徵在於步驟(一)中選擇尺寸為30納米、真實密度為1.85g/m3、純度為98.4％、BET值為1100m2/g、DBP值為4.2ml/g的纖維增強材料。
9.根據權利要求6所述的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料的製備方法，其特徵在於步驟(二)中將乾燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至220～240℃並保持1～1.2小時。
10.根據權利要求6所述的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料的製備方法，其特徵在於步驟(二)中攪拌機以80～200轉/分鐘的速度攪拌25～40分鐘。
全文摘要
恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料及其製備方法，本發明涉及一種形狀記憶聚合物材料及其製備方法。它是為了解決現有的形狀記憶聚合物材料驅動形式單一、恢復順序不可控的問題。恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料按照重量份數比由0.1～40份纖維增強材料和60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物製成。恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料通過以下步驟製備(一)配料並乾燥(二)熱處理後冷卻至室溫，得到恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料。本發明製備的恢復順序可控的水驅動形狀記憶聚合物材料具有水驅動形狀記憶效應且水驅動形狀記憶效應的恢復順序是可控的、聚合物材料的吸水百分含量為4.8％，導電滲流閾值為6％。
文檔編號B29C61/06GK101016408SQ200710071718
公開日2007年8月15日 申請日期2007年1月31日 優先權日2007年1月31日
發明者冷勁松, 黃為民, 呂海寶 申請人:冷勁松