專利名稱：恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形狀記憶聚合物材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
形狀記憶聚合物由于可用于醫(yī)學(xué)、航天、智能控制等領(lǐng)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(yīng)是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元引起的，其中一個(gè)單元在任何溫度下都是不發(fā)生形變的；而另一個(gè)單元在受到外場(chǎng)作用溫度達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度以后，就會(huì)發(fā)生可逆的形變。形狀記憶聚合物在轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，具有聚合物的基本特征；在轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)可以有很大的變形，應(yīng)變可達(dá)百分之幾百，而這樣的變形又是可完全恢復(fù)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(qiáng)度、高比剛度等優(yōu)異的力學(xué)性能。形狀記憶聚合物的研究已相對(duì)成熟，出現(xiàn)了形狀記憶聚氨酯、形狀記憶聚酯、形狀記憶環(huán)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(xiàn)有的形狀記憶聚合物材料都是通過熱驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)，存在驅(qū)動(dòng)形式單一、恢復(fù)順序不可控的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的形狀記憶聚合物材料驅(qū)動(dòng)形式單一、恢復(fù)順序不可控的問題，而提出的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料及其制備方法。恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由0.1～40份纖維增強(qiáng)材料和60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成?；謴?fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的制備方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(一)按照重量份數(shù)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(shí)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(qiáng)材料在50～120℃的條件下干燥12～24小時(shí)；(二)將干燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至200～250℃并保持0.5～1.5小時(shí)使聚氨酯類形狀記憶聚合物完全溶化，然后向溶化的聚氨酯類形狀記憶聚合物中加入干燥好的纖維增強(qiáng)材料并用攪拌機(jī)以40～300轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌20～50分鐘，然后冷卻至室溫，得到恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料。本發(fā)明制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料除具有熱驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)外還具水驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)且水驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)的恢復(fù)順序是可控的，本發(fā)明制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的吸水百分含量為4.8％，導(dǎo)電滲流閾值為6％。
圖1是具體實(shí)施方式
六制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料在水驅(qū)動(dòng)下的形狀恢復(fù)過程，圖具體實(shí)施方式
六制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料在溫度變化條件下的形狀恢復(fù)過程，圖3是具體實(shí)施方式
十八制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料在水驅(qū)動(dòng)下的形狀恢復(fù)過程，圖4是具體實(shí)施方式
二十制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料在水驅(qū)動(dòng)下的形狀恢復(fù)過程。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由0.1～40份纖維增強(qiáng)材料和60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由0.1～20份纖維增強(qiáng)材料和80～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由7份纖維增強(qiáng)材料和93份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由10份纖維增強(qiáng)材料和90份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于纖維增強(qiáng)材料為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維、硼纖維、碳化硅纖維、碳粉、碳黑、碳納米管中的一種或幾種，當(dāng)纖維增強(qiáng)材料為2種或2種以上時(shí)，纖維增強(qiáng)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(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式中恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料通過以下步驟制備(一)按照重量份數(shù)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(shí)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(qiáng)材料在50～120℃的條件下干燥12～24小時(shí)；(二)將干燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至200～250℃并保持0.5～1.5小時(shí)使聚氨酯類形狀記憶聚合物完全溶化，然后向溶化的聚氨酯類形狀記憶聚合物中加入干燥好的纖維增強(qiáng)材料并用攪拌機(jī)以40～300轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌20～50分鐘，然后冷卻至室溫，得到恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料。
本實(shí)施方式制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料，具有恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)，將本實(shí)施方式制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料變形后放入室溫水中，如圖1所示聚合物形狀發(fā)生恢復(fù)，并在140min后，形狀恢復(fù)到直線狀；將本實(shí)施方式制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料變形后逐漸升溫，如圖2所示隨著溫度的變化，聚合物形狀發(fā)生變化，直至形狀恢復(fù)到直線狀。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(一)按照重量份數(shù)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(shí)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(qiáng)材料在50～120℃的條件下干燥12～24小時(shí)。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(一)中按照重量份數(shù)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(shí)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(qiáng)材料在50～120℃的條件下干燥12～24小時(shí)。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(一)中按照重量份數(shù)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(shí)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(qiáng)材料在50～120℃的條件下干燥12～24小時(shí)。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(一)中尺寸為20納米～100納米、真實(shí)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(qiáng)材料。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(一)中尺寸為30納米～80納米、真實(shí)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(qiáng)材料。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(一)中尺寸為40納米～60納米、真實(shí)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(qiáng)材料。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(一)中尺寸為30納米、真實(shí)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(qiáng)材料。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(二)中將干燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至220～240℃并保持1～1.2小時(shí)。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(二)中將干燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至230℃并保持1.1小時(shí)。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(二)中攪拌機(jī)以80～200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌25～40分鐘。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于步驟(二)中攪拌機(jī)以150轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌30分鐘。其它步驟與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式中恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料通過以下步驟制備(一)按照重量份數(shù)比將85份MM3520和15份尺寸為30納米、真實(shí)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℃的條件下干燥12小時(shí)；(二)將干燥好的MM3520加熱至200℃并保持0.5～1.5小時(shí)使MM3520完全溶化，然后向溶化的MM3520中加入干燥好的碳粉并用攪拌機(jī)以60轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌20分鐘，然后冷卻至室溫，得到恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料。
本實(shí)施方式制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料，具有恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)，將本實(shí)施方式制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料變形后放入室溫水中，如圖3所示放置在室溫水中15分鐘后，聚合物形狀發(fā)生恢復(fù)，并在75min后，形狀恢復(fù)到直線狀。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十八的不同點(diǎn)在于步驟(一)按照重量份數(shù)比將87份MM3520和13份尺寸為30納米、真實(shí)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℃的條件下干燥12小時(shí)。其它步驟與具體實(shí)施方式
十八相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十八的不同點(diǎn)在于步驟(一)按照重量份數(shù)比將93份MM3520和7份尺寸為30納米、真實(shí)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℃的條件下干燥12小時(shí)。其它步驟與具體實(shí)施方式
十八相同。
本實(shí)施方式制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料，具有恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)，將本實(shí)施方式制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料變形后放入室溫水中，如圖4所示放置在室溫水30min后，聚合物形狀發(fā)生恢復(fù)，并在120min后，形狀恢復(fù)到直線狀。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十八的不同點(diǎn)在于步驟(一)按照重量份數(shù)比將96份MM5520和4份尺寸為30納米、真實(shí)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℃的條件下干燥12小時(shí)。其它步驟與具體實(shí)施方式
十八相同。
權(quán)利要求
1.恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料，其特征在于恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由0.1～40份纖維增強(qiáng)材料和60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料，其特征在于恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由0.1～20份纖維增強(qiáng)材料和80～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料，其特征在于恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由7份纖維增強(qiáng)材料和93份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料，其特征在于恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由10份纖維增強(qiáng)材料和90份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料，其特征在于纖維增強(qiáng)材料為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維、硼纖維、碳化硅纖維、碳粉、碳黑、碳納米管中的一種或幾種，當(dāng)纖維增強(qiáng)材料為2種或2種以上時(shí)，纖維增強(qiáng)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(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的制備方法，其特征在于恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的制備方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(一)按照重量份數(shù)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(shí)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(qiáng)材料在50～120℃的條件下干燥12～24小時(shí)；(二)將干燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至200～250℃并保持0.5～1.5小時(shí)使聚氨酯類形狀記憶聚合物完全溶化，然后向溶化的聚氨酯類形狀記憶聚合物中加入干燥好的纖維增強(qiáng)材料并用攪拌機(jī)以40～300轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌20～50分鐘，然后冷卻至室溫，得到恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的制備方法，其特征在于步驟(一)中選擇尺寸為20納米～100納米、真實(shí)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(qiáng)材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的制備方法，其特征在于步驟(一)中選擇尺寸為30納米、真實(shí)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(qiáng)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的制備方法，其特征在于步驟(二)中將干燥好的聚氨酯類形狀記憶聚合物加熱至220～240℃并保持1～1.2小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的制備方法，其特征在于步驟(二)中攪拌機(jī)以80～200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌25～40分鐘。
全文摘要
恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料及其制備方法，本發(fā)明涉及一種形狀記憶聚合物材料及其制備方法。它是為了解決現(xiàn)有的形狀記憶聚合物材料驅(qū)動(dòng)形式單一、恢復(fù)順序不可控的問題?；謴?fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料按照重量份數(shù)比由0.1～40份纖維增強(qiáng)材料和60～99.9份聚氨酯類形狀記憶聚合物制成?；謴?fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料通過以下步驟制備(一)配料并干燥(二)熱處理后冷卻至室溫，得到恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料。本發(fā)明制備的恢復(fù)順序可控的水驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料具有水驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)且水驅(qū)動(dòng)形狀記憶效應(yīng)的恢復(fù)順序是可控的、聚合物材料的吸水百分含量為4.8％，導(dǎo)電滲流閾值為6％。
文檔編號(hào)B29C61/06GK101016408SQ200710071718
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者冷勁松, 黃為民, 呂海寶 申請(qǐng)人:冷勁松