[發(fā)明專利]一種以熱塑性彈性體為基體的形狀記憶材料

有效

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• 申請日: 2013-02-19
• 公開（公告）號: CN103102636B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設計）人: 馮嘉春;宋士杰;張卿隆
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C08L53/02
• 分類號: C08L53/02;C08L75/04;C08L29/04;C08K5/01;C08K5/09;C08K5/17
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發(fā)明屬于記憶材料技術領域，具體涉及一種以熱塑性彈性體為基體的形狀記憶材料，該材料至少由以下兩種組分組成：聚合物基體、小分子結(jié)晶物質(zhì)，也可含有其它組分。該材料的特點在于由聚合物基體確定永久形狀，由小分子結(jié)晶物質(zhì)控制形狀變化。

背景技術

形狀記憶材料是一種非常重要的智能材料，它具有感知某些外界環(huán)境變化的能力，這種具有響應能力的材料被廣泛應用在智能材料與結(jié)構(gòu)領域。對已定型的形狀記憶材料，在某些特定的環(huán)境條件下(如加熱、光照或電磁場誘導作用等)，形狀記憶材料的物理參數(shù)(如形狀、體積或應變等)會進行自動調(diào)整；當撤除或改變環(huán)境因素，這種調(diào)整后的狀態(tài)可以被保持；然而再次對形狀記憶材料施加這些特定的環(huán)境條件，它又可以回復或恢復其初始狀態(tài)。首先發(fā)現(xiàn)形狀記憶特性的是形狀記憶合金：1931年，金-鎘合金被發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶效應，1962年，最重要的且目前應用最廣泛的鎳-鈦形狀記憶合金被發(fā)現(xiàn)。目前形狀記憶合金的范圍已經(jīng)擴展到固體、膜甚至是泡沫。形狀記憶聚合物的發(fā)現(xiàn)則較晚，1981年Ota發(fā)現(xiàn)輻射交聯(lián)的聚乙烯具有形狀記憶特性，此后聚氨酯、環(huán)氧樹脂等聚合物也相繼被發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶能力。目前形狀記憶聚合物在包裝材料、紡織工業(yè)、生物醫(yī)學、航空航天等領域都有著非常廣闊的應用前景。

在形狀記憶聚合物領域中，熱塑性形狀記憶材料占有重要地位。熱塑性形狀記憶聚合物是由T_m或T_g較高的固定相和T_m或T_g較低的可逆相構(gòu)成。在固定相轉(zhuǎn)變溫度下可以形成分子纏繞的物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而使材料具有熵彈性，變形后可發(fā)生形狀回復。可逆相作為開關控制著形狀的固定與回復，當溫度降至可逆相轉(zhuǎn)變溫度以下時，暫時形狀可以被固定，當溫度再次升至此轉(zhuǎn)變溫度以上時，材料會回復永久形狀。

將熱塑性彈性體與小分子結(jié)晶物質(zhì)混合，是制備熱塑性形狀記憶材料的有效方法。由于本身具備形狀記憶能力的熱塑性彈性體種類較少，可逆相的轉(zhuǎn)變溫度也比較局限，在實際應用中受到很大的制約。通過添加結(jié)晶小分子，可以制備多樣的熱塑性形狀記憶材料，改變加入小分子的熔點，還可以精確調(diào)控形狀記憶材料的轉(zhuǎn)變溫度，使材料適于特定的應用環(huán)境。但是目前關于此類方法的報道目前較少，主要集中于利用聚合物與小分子的電荷相互作用來構(gòu)建此類形狀記憶復合物，此方法缺點在于原料比較局限，并且較為昂貴，性能可控范圍也相對較小。本專利報道的方法首次利用小分子與聚合物基體的相容性來構(gòu)建形狀記憶復合物。此方法的優(yōu)點在于原料靈活性很大，可選擇廉價的已大規(guī)模生產(chǎn)的原料來進行材料的制備，最終得到的熱塑性形狀記憶材料成本可以很低，由于已規(guī)模化生產(chǎn)的熱塑性彈性體其加工成型方法往往很成熟，所以此形狀記憶復合物具備大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。對于彈性體和小分子種類確定的復合物，兩者的比例可調(diào)性很大，材料整體的力學性質(zhì)，包括斷裂伸長率、拉伸強度等，以及形狀記憶性質(zhì)都會隨原料比例的改變呈現(xiàn)出相應的變化，從而可以通過改變質(zhì)量比得到最優(yōu)化的力學以及形狀記憶性質(zhì)。隨著形狀記憶材料在生物醫(yī)學以及航空航天等高新技術領域的發(fā)展，實際應用中形狀記憶材料的性能和轉(zhuǎn)變溫度顯得越來越重要，此方法提供了一個對材料各項性質(zhì)進行調(diào)控的簡單而有效的新思路，有可能顯著擴大熱塑性形狀記憶材料的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所提出的以熱塑性彈性體為基體的形狀記憶材料，主要由至少由以下兩種組分組成：聚合物基體、小分子結(jié)晶物質(zhì)，也可含有及其它組分。該改性材料的特點在于由聚合物基體確定永久形狀，由變形溫度由小分子結(jié)晶物質(zhì)控制。

本發(fā)明中的聚合物基體，可以是各種熱塑性彈性體。其本身具備物理交聯(lián)的微相分離結(jié)構(gòu)，因此宏觀上具有彈性，在發(fā)生形變后可自動回復。常用的熱塑性彈性體有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、聚氨酯(PU)等，基體也可以是幾種彈性體的混合物，要求各彈性體間有較好的相容性。