[發明專利]一種具有形狀記憶效應的液晶環氧樹脂及制備方法與應用

有效

• 申請號: 201110305569.5
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號: CN102504202A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 呂滿庚;周德文;梁利巖;肖婉萍
• 申請（專利權）人: 中科院廣州化學有限公司;佛山市功能高分子材料與精細化學品專業中心
• 主分類號: C08G59/50
• 分類號: C08G59/50;C08G59/24;C09K19/38;H01Q1/08;H01L31/048
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術領域

本發明屬于材料工程領域，具體涉及一種形狀記憶材料，特別涉及一種具有形狀記憶效應的液晶環氧樹脂及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，將介晶基元引入智能材料成了材料研究領域的一大熱點。2003年，Patrick?T.Mather等首次合成并研究了一種具有形狀記憶效應的熱固性近晶C型液晶彈性體。他們將這種液晶彈性體加熱到清亮點以上，近晶C型多疇交聯體系喪失其近晶有序性，在此時拉伸，然后降溫，已被拉伸的交聯體系可保持其拉伸后的形狀。當再次把該體系加熱到清亮點以上，體系將恢復到最開始的形狀。由于形狀回復溫度對應于體系的清亮點，且相對于傳統的熱致形狀記憶高分子材料而言，力學性能得到較大改善。且與其他形狀記憶材料如聚環辛烯相比，這種液晶彈性體在臨界溫度以下仍具有相對高的模量，遠高于100MPa，即使在-120℃以下仍保持橡膠態結構，其模量小于20MPa。這種新的形狀記憶液晶彈性體有望在要求低變形溫度、低模量的生物醫藥領域如人造肌肉等方面得到廣泛的應用。在熱固性的液晶環氧樹脂中，液晶的有序微疇可以通過固化反應完全固定下來，這就賦予了液晶環氧樹脂較好的力學和熱力性能。液晶環氧與普通環氧樹脂的復合，不但提高了環氧樹脂的性能，還降低了了材料成本。

隨著人類對太空探索的不斷深入，對航天器上大型空間結構也提出了強烈的需求。天線、太陽能電池陣等航天器上大型組件的使用，要求這些裝置、結構和組件需要由輕質、可折疊封裝、并能在空間上展開的材料來制備。目前空間研究中用的主要還是熱塑性形狀記憶聚合物作為大型空間展開結構，但熱塑性的形狀記憶聚合物存在熱響應溫度不易調節，響應時間長，回復力小等缺點，不能滿足空間大型組件發展的需求。

過去人們對形狀記憶高分子的研究主要集中于熱塑性聚合物，從90年代末開始，形狀記憶熱固性樹脂(主要是形狀記憶環氧樹脂)的研究逐漸熱門起來。形狀記憶熱性環氧樹脂已經顯示出卓越的形狀恢復特性和優異的剛度、強度和耐環境特性。目前已見報道的太空使用的形狀記憶環氧樹脂僅有Composite?Technology?Development(CTD)開發的TEMBO系列環氧樹脂和ILC?Dover，Inc.開發的TP系列環氧樹脂。CTD在1999年開發了一類用于纖維增強彈性記憶復合材料(EMC)的形狀記憶聚合物樹脂。與傳統的SMP相比，EMC材料回復應力大，多次循環后回復精度高等優點。但這些研究內容大多是保密的。近年來，通用汽車公司的Tao等人在報道了一系列的環氧樹脂，主要是通過在環氧樹脂中加入柔性固化劑、長烷基鏈單胺等控制環氧樹脂的分子結構和交聯密度，以調節形狀記憶環氧樹脂的響應溫度、固定率和回復率、回復應力、回復速率等形狀記憶特性。而在國內，形狀記憶環氧樹脂的研究主要是哈爾濱工業大學的劉宇艷等基于普通環氧樹脂制備和表征了一系列形狀記憶環氧樹脂及其復合材料，但其回復速度慢，要幾十秒甚至上百秒才能完全回復。

發明內容

為了克服現有大型空間形狀記憶組件力學性能和熱性能較差的缺陷，本發明的首要目的在于提供一種力學性能和熱性能較好的、具有形狀記憶效應的液晶環氧樹脂。

本發明的另一目的在于提供上述的液晶環氧樹脂的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述的液晶環氧樹脂的用途。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種具有形狀記憶效應的液晶環氧樹脂，由以下重量份數的成分制備得到：

環氧樹脂：??100份

一元脂肪胺：1.22-42.59份

固化劑：????10.57-26.20份；

所述的環氧樹脂只要能與一元脂肪胺和芳香二胺類固化劑共聚，形成具有各向異性結構的液晶環氧網絡，并能提高環氧樹脂體系的力學性能的剛性液晶環氧樹脂都可；

所述的環氧樹脂為聯苯型液晶環氧樹脂與雙酚A型環氧樹脂的混合物，其中，聯苯型液晶環氧樹脂的質量分數為33-100％；

所述的聯苯型液晶環氧樹脂為聯苯二酚二縮水甘油醚；

所述的雙酚A型環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂E-51；

所述的一元脂肪胺為一元正烷烴胺，化學通式為CH₃(CH₂)_nNH₂，n＝1-15；

所述的固化劑只要能與環氧樹脂起化學反應，生成交聯結構的都可；

所述的固化劑為芳香二胺類固化劑；

所述的芳香二胺類固化劑為4，4’-二氨基二苯甲烷、間苯二甲胺或4，4’-二氨基二苯醚中的一種；