[發明專利]遠程可控多形狀記憶聚合物復合纖維膜的制備方法及驅動方法

有效

• 申請號: 201510511613.6
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN105002658B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 冷勁松;劉彥菊;張風華;斯托楊-斯莫科夫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D04H1/4382;D01F6/94;D01F1/10;D01D5/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明屬于功能高分子材料領域，尤其涉及一種遠程可控多形狀記憶聚合物復合纖維膜的制備方法及驅動方法。

背景技術

形狀記憶聚合物及其復合材料作為一種可變形的智能材料在越來越多的領域受到了關注。這種聚合物在受到外界激勵，包括熱、光、電、磁、水、微波等激勵條件下能夠做出響應，可以從暫時形狀、顏色、尺寸、剛度或者應變回復到初始狀態。合適的驅動方法對智能材料與結構的廣泛應用起到了關鍵的作用，不同的應用環境可以選擇設計合理的方法進行有效的驅動。與其他形式的形狀記憶材料相比(形狀記憶合金和形狀記憶陶瓷等)，形狀記憶聚合物具有很多優點，質量輕、成本低、容易加工合成。正是由于形狀記憶聚合物的這些特點，使得其在航空航天，智能機器人、3D和4D打印器件、柔性電子器件、生物醫學、光學、防偽商標、密碼傳遞等方面具有潛在的應用價值。

靜電紡絲技術作為制備連續、可控形貌纖維的方法，可以將100多種聚合物紡成纖維。電紡法制備的納米纖維，由于尺寸較小具有許多優異的性能，同時由于聚合物納米纖維膜具有比表面積高、機械性能好等特點，廣泛的應用于復合材料的增強纖維、藥物和醫藥傳輸、化學和生物傳感器及納米電子器件等領域。電紡形狀記憶聚合物纖維膜具有質量輕、成本低、比表面積大、相對密度低和加工容易等優點，被廣泛應用在智能紡織、生物醫藥、組織工程、細胞支架、藥物釋放、自修復等領域。作為一種前沿研究領域，多孔的形狀記憶聚合物纖維膜展示了強大的應用前景。

交變磁場作為一種可遠程控制的驅動方法被應用到了科學領域的許多方面。采用磁場對智能材料進行驅動將會更好的發揮形狀記憶聚合物的特性及應用范圍。四氧化三鐵具有較好的鐵磁性，在交變磁場的作用下，能夠快速的將磁能轉換成熱能。

發明內容

本發明的目的是要解決現有電紡形狀記憶纖維膜只能記住兩個形狀以及由于其高轉變溫度無法將其應用于生物體內的問題，而提供一種遠程可控多形狀記憶聚合物復合纖維膜的制備方法及驅動方法。

本發明的遠程可控多形狀記憶聚合物復合纖維膜的制備方法按以下步驟進行

一、將聚環氧乙烷溶于質量濃度為5％Nafion溶液中，在室溫下攪拌至聚環氧乙烷完全溶解，得到聚環氧乙烷的質量濃度為0.6％～1.0％的溶液，然后向聚環氧乙烷的質量濃度為0.6％～1.0％的溶液中加入Fe₃O₄，攪拌至混合均勻，得到混合溶液；所述的混合溶液中Fe₃O₄的質量濃度為12％～28％；

二、將步驟一得到的混合溶液轉入注射器中，采用靜電紡絲的方法將步驟一得到的混合溶液紡成復合納米纖維膜，得到Nafion/Fe₃O₄復合纖維膜，即多形狀記憶聚合物復合纖維膜；所述的靜電紡絲條件為：溶液流速為1mm/min～5mm/min，紡絲電壓為16kV～30kV，接收距離為12cm～18cm。

本發明的遠程可控多形狀記憶聚合物復合纖維膜的驅動方法按以下步驟進行：

將遠程可控多形狀記憶聚合物復合纖維膜置于交變磁場中進行驅動，通過調節磁場強度實現可控回復過程。

本發明的有益效果

本發明制備的形狀記憶復合纖維膜具有均勻的多孔結構，本發明通過靜電紡絲技術將磁性顆粒四氧化三鐵摻雜到形狀記憶聚合物基體中，在靜電紡絲過程中，Fe₃O₄均勻分布在Nafion纖維上，且作為一種磁生熱的熱源使Nafion/Fe₃O₄復合纖維在交變磁場中實現多形狀記憶回復過程。同時通過交變磁場對形狀記憶復合纖維進行快速驅動。本發明不僅解決了制備形狀記憶聚合物復合材料的技術難題，而且有效的提高了形狀回復速度，同時，因為纖維的多孔性使膜材料的表面溫度迅速降低至體溫，這種多孔結構的形狀記憶復合纖維膜，拓展了形狀記憶聚合物在生物醫學領域的應用。Nafion/Fe₃O₄復合纖維，具有生物相容性，多孔結構使其在生物組織工程等方面具有廣泛的應用。本發明綜合快速制備和遠程可控的驅動Nafion/Fe₃O₄復合纖維的方法，可同時記憶多個形狀，彌補了高轉變溫度的形狀記憶聚合物材料不能應用在人體的不足，本發明優點具體如下：

1、本發明制備的遠程可控多形狀記憶聚合物復合纖維膜具有穩定的多孔纖維結構，制備工藝簡單，過程可控。