[發(fā)明專利]一種可近紅外響應(yīng)及編程的形狀記憶聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110798771.X
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113337082A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王齊華;楊靖;張耀明;陶立明;王廷梅;楊增輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08G59/06;C08K3/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉丹丹

本發(fā)明提供了一種可近紅外響應(yīng)及編程的形狀記憶聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于智能材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在環(huán)氧樹脂材料中引入石墨烯納米填料，由于石墨烯材料在近紅外光(NIR)區(qū)域具有很強(qiáng)的吸收能力，并能將光子能量快速轉(zhuǎn)化為熱能，將其引入形狀記憶環(huán)氧樹脂體系，不僅提高其近紅外響應(yīng)速度，使得復(fù)合材料具有較快的近紅外響應(yīng)性能(10s)，而且提高了環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與機(jī)械性能。此外，本發(fā)明利用聯(lián)苯型環(huán)氧單體的聯(lián)苯結(jié)構(gòu)單元在高溫下晶相的活化和重組，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料的近紅外再編程行為，為聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂的可編程性能提供新的策略。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可近紅外響應(yīng)及編程的形狀記憶聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

智能材料是一種可對外界刺激(如電、磁性、熱、化學(xué)和光等)產(chǎn)生響應(yīng)的新型功能材料，已在軟機(jī)器人、人造肌肉和航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在眾多刺激方式中，光刺激可實(shí)現(xiàn)對材料在遠(yuǎn)程、即時(shí)狀態(tài)下的精確控制。能夠在光刺激下發(fā)生變化的形狀記憶聚合物被稱為光響應(yīng)形狀記憶聚合物。一般而言，制備光響應(yīng)型形狀記憶聚合物有兩種策略：1、引入能夠進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的光響應(yīng)型化合物，如偶氮苯異構(gòu)化和香豆素二聚體等，當(dāng)這些化學(xué)鍵變化的影響聚集到聚合物上時(shí)，會(huì)以形狀變化的形式呈現(xiàn)；2、在聚合物基體中加入具有光熱效應(yīng)的填料，如有機(jī)染料、石墨烯、碳納米管或聚多巴胺納米顆粒等，填料所吸收的光能可迅速轉(zhuǎn)化為熱量，通過填料傳遞到基體中，從而觸發(fā)形狀恢復(fù)。由于其通用性和便捷性，第二種策略更適合發(fā)展各種光響應(yīng)形狀記憶聚合物(SMP)。

近紅外(NIR)光(波長780～1400nm)具有高穿透性、低危險(xiǎn)性、高分辨率和低干擾率等，是一種非常有前途的光響應(yīng)SMP光熱源，已被廣泛應(yīng)用于光刺激智能響應(yīng)材料。光熱效應(yīng)引起的溫度變化可以通過基體和光熱填料控制在一定范圍內(nèi)，聚合物基體具有優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)和合適的轉(zhuǎn)變溫度(Tr)對近紅外響應(yīng)SMP至關(guān)重要。

目前，形狀記憶環(huán)氧樹脂(SMEP)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和可調(diào)的轉(zhuǎn)變溫度Tr，是一種良好的SMP基體候選材料。然而，傳統(tǒng)的形狀記憶環(huán)氧樹脂作為熱固性的功能塑料，其形狀回復(fù)率以及響應(yīng)速度較為緩慢，無法再編程性能限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可近紅外響應(yīng)及編程的形狀記憶聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，所制備的形狀記憶聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有高形狀回復(fù)率和近紅外響應(yīng)速度，而且在近紅外光局部輻照下，可進(jìn)行再編程。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種形狀記憶聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

將4,4-二羥基聯(lián)苯、環(huán)氧氯丙烷、堿催化劑和第一溶劑混合，進(jìn)行取代反應(yīng)，得到聯(lián)苯型環(huán)氧單體；

將所述聯(lián)苯型環(huán)氧單體、固化劑、碘鎓鹽光引發(fā)劑、芳茂鐵光敏劑、石墨烯和第二溶劑混合，進(jìn)行熱固化，得到形狀記憶聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述4,4-二羥基聯(lián)苯與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:(7～9)。

優(yōu)選的，所述堿催化劑包括氫氧化鈉；所述4,4-二羥基聯(lián)苯和堿催化劑的摩爾比為1:(2～3)。

優(yōu)選的，所述取代反應(yīng)的溫度為70～80℃，時(shí)間為4～5h。

優(yōu)選的，所述固化劑包括間苯二甲胺；所述聯(lián)苯型環(huán)氧單體、固化劑、石墨烯、碘鎓鹽光引發(fā)劑和芳茂鐵光敏劑的質(zhì)量比為(300～500):(90～150):(2.5～10):(9～11):(4～6)。

優(yōu)選的，所述熱固化的方式為光固化輔助胺熱固化，所述熱固化在高壓汞燈下進(jìn)行。

優(yōu)選的，所述高壓汞燈的照射時(shí)間為10～15min，所述高壓汞燈的波長為365nm，光強(qiáng)為30mW/cm²。