选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料，采用稀土有机配合物作为选择性光热填料，采用热致形状记忆聚合物作为聚合物基体材料；所述稀土有机配合物的通式为RM

Selective near infrared light response shape memory polymer composite material and preparation method thereof

The invention discloses a near infrared selective response of shape memory polymer composite material, using rare earth complexes as selective photothermal filler by thermally induced shape memory polymer as matrix materials; the formula of the rare earth organic complexes RM

【技术实现步骤摘要】
选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料及其制备方法
本专利技术涉及光响应形状记忆聚合物领域，特别是涉及选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料及其制备方法。
技术介绍
形状记忆聚合物是一种智能高分子材料，它可以在一定的外界刺激下回复到其初始形状，因而在航空航天、生物医药、日常生活、包装、纺织等领域被广泛应用。和传统的热致形状记忆聚合物(即温度升高至相变温度以上，形状发生回复)相比，光响应形状记忆聚合物具有远程性和方向性等特点，因此在光致驱动器和微流控阀门等方向存在应用前景。目前为止，通过光可逆化学反应制备光响应形状记忆聚合物是一种实施方法。光可逆化学键的引入，可以构成高分子材料的主链或者交联点，可能会对材料基础性能造成较大影响。另一种制备光响应形状记忆聚合物的方法更为直接，即在热致形状记忆聚合物内混合光热填料。在光照射下，光热填料吸收光能并将其转化成热能，从而对形状记忆聚合物进行远程加热。当温度超过相变温度以上时，材料同样发生形状回复。光作为一种能量，具有很宽的波长范围，从紫外光到可见光、近红外光、直至中远红外光。针对某一特定波段光波具有形状回复功能、而当其它波长光波照射时不发生形状变化的选择性光响应形状记忆聚合物的制备，不仅可以实现驱动器接收不同光波照射时执行多种动作，更可以加强人们和智能材料之间的“沟通”，大大拓宽该材料在执行器领域的应用。但是，到目前为止，被广泛报道的用于光致形状记忆聚合物的光热填料包括碳基填料，诸如炭黑、碳纳米管、石墨烯等，金属纳米粒子，四氧化三铁纳米粒子、金纳米粒子、银纳米粒子等。其中，黑色填料(如炭黑、碳纳米管、四氧化三铁粒子等)不具有波长选择性，即针对可见光到红外光、甚至远及微波，都具有光热效应。而金属纳米粒子需要对其纳米形状进行控制，才可以得到针对不同波段具有光热效应。据报道，金纳米粒子和金纳米壳层针对532nm和832nm波段具有选择性光热效应。但由于贵金属纳米粒子价格昂贵，同时制备工艺复杂，因此无法得到广泛应用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料及其制备方法。技术方案：本专利技术所述的选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料，采用稀土有机配合物作为选择性光热填料，采用热致形状记忆聚合物作为聚合物基体材料；所述稀土有机配合物的通式为RMmNn，其中：R表示镱或钕；M表示羧酸类有机配体，m＝0-4；N表示共轭类有机配体，n＝0-4；聚合物基体材料为100份，采用物理方法将光热填料与聚合物基体材料混合时的光热填料为0.1-50份，采用化学方法将光热填料与聚合物基体材料混合时的光热填料为0.1-20份。进一步，所述M为羧酸类有机物，N为β-二酮类有机物、亚砜类有机物、1,10-邻菲罗啉、2,2’-联吡啶、2,2’-联吡啶的衍生物、正三辛基氧膦、三苯基氧化膦中的任一种。进一步，所述羧酸类有机物为氨基酸、带双键的不饱和羧酸、卤代苯甲酸、氨基苯甲酸、羟基苯甲酸中的一种或多种；所述β-二酮类有机物为α-噻吩甲酰三氟丙酮、二苯甲酰甲烷、苯甲酰三氟丙酮中的任一种；所述亚砜类有机物为甲基取代亚砜的一个原子形成的亚砜类有机物、卤素取代亚砜的一个原子形成的亚砜类有机物、苯基取代亚砜的一个原子形成的亚砜类有机物、甲基取代双亚砜的两个原子形成的亚砜类有机物、卤素取代双亚砜的两个原子形成的亚砜类有机物、苯基取代双亚砜的两个原子形成的亚砜类有机物中的任一种；所述2,2’-联吡啶的衍生物为双蒎烯-2,2’-联吡啶。进一步，所述稀土有机配合物的制备方法包括以下步骤：S1：将Amol稀土氯化物溶解于10mL-10L乙醇中，生成稀土氯化物溶液；如果羧酸类有机配体在室温下是液体，则直接将Bmol羧酸类有机配体作为第一试剂；如果羧酸类有机配体在室温下不是液体，则将Bmol羧酸类有机配体溶解于10mL-10L乙醇中，生成羧酸类有机配体溶液并作为第一试剂；如果共轭类有机配体在室温下是液体，则直接将Cmol共轭类有机配体作为第二试剂；如果共轭类有机配体在室温下不是液体，则将Cmol共轭类有机配体溶解于10mL-10L乙醇中，生成共轭类有机配体溶液并作为第二试剂；A、B和C的范围均是0.001～1；S2：向置于水浴或者油浴装置中的三口烧瓶内依次滴加步骤S1得到的稀土氯化物溶液、第一试剂和第二试剂；S3：采用1mol/L的氢氧化钠溶液将步骤S2得到的反应体系的pH值调节至6或者7；S4：将步骤S3得到的反应体系在温度为40-70℃的条件下反应200-3600min；S5：将步骤S4得到的反应体系进行离心洗涤真空烘干，并用干燥的器皿密封储存，即得到稀土有机配合物。进一步，所述热致形状记忆聚合物为交联型结晶性通用塑料、交联型无定型通用塑料、环氧树脂、聚氨酯、嵌段共聚物、耐高温工程塑料、耐高温特种工程塑料中的一种或多种。本专利技术所述的制备选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料的方法，所述复合材料通过物理方法和/或化学方法将选择性光热填料和聚合物基体材料混合制备得到；其中，采用稀土有机配合物作为选择性光热填料，采用热致形状记忆聚合物作为聚合物基体材料；聚合物基体材料为100份，物理方法混合时光热填料为0.1-50份，化学方法混合时光热填料为0.1-20份。进一步，所述物理方法包括熔融混合方法、溶液混合方法和乳液混合方法。进一步，所述化学方法包括聚合物单体与带有有机官能团的稀土有机配合物进行原位聚合、扩链、接枝、封端或者共交联反应的方法，以及预聚体与带有有机官能团的稀土有机配合物进行原位聚合、扩链、接枝、封端或者共交联反应的方法。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术通过将稀土有机配合物作为近红外光选择性光热填料，制备得到针对808nm和980nm近红外光具有选择性响应功能的形状记忆聚合物复合材料，有效降低了选择性光热填料的成本，有利于选择性光响应形状记忆聚合物的推广应用；(2)本专利技术通过稀土有机配合物的有机配体选择，通过物理/化学方法提高其在聚合物基体中的分散性，有效提高了光热效应。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的Yb(TTA)3Phen的扫描电子显微镜照片；图2为本专利技术实施例1制备得到的Nd(TTA)3Phen的扫描电子显微镜照片；图3为本专利技术实施例1制备得到的Yb(TTA)3Phen和Nd(TTA)3Phen在980nm近红外光照射下粉体的生热性能，其中近红外光能量密度分别为0.2W·cm-2、0.3W·cm-2和0.5W·cm-2；图4为本专利技术实施例1制备得到的Yb(TTA)3Phen和Nd(TTA)3Phen在808nm近红外光照射下粉体的生热性能，其中近红外光能量密度分别为0.2W·cm-2、0.3W·cm-2和0.5W·cm-2；图5为本专利技术实施例17制备得到的复合材料在980nm近红外光照射下粉体的生热性能；图6为本专利技术实施例17制备得到的复合材料在808nm近红外光照射下粉体的生热性能；图7为本专利技术实施例17制备得到的复合材料针对980nm近红外光选择性形状回复率；图8为本专利技术实施例17制备得到的复合材料针对808nm近红外光选择性形状回复率。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料，其特征在于：采用稀土有机配合物作为选择性光热填料，采用热致形状记忆聚合物作为聚合物基体材料；所述稀土有机配合物的通式为RM

【技术特征摘要】
1.选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料，其特征在于：采用稀土有机配合物作为选择性光热填料，采用热致形状记忆聚合物作为聚合物基体材料；所述稀土有机配合物的通式为RMmNn，其中：R表示镱或钕；M表示羧酸类有机配体，m＝0-4；N表示共轭类有机配体，n＝0-4；聚合物基体材料为100份，采用物理方法将光热填料与聚合物基体材料混合时的光热填料为0.1-50份，采用化学方法将光热填料与聚合物基体材料混合时的光热填料为0.1-20份。2.根据权利要求1所述的选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料，其特征在于：所述M为羧酸类有机物，N为β-二酮类有机物、亚砜类有机物、1,10-邻菲罗啉、2,2’-联吡啶、2,2’-联吡啶的衍生物、正三辛基氧膦、三苯基氧化膦中的任一种。3.根据权利要求2所述的选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料，其特征在于：所述羧酸类有机物为氨基酸、带双键的不饱和羧酸、卤代苯甲酸、氨基苯甲酸、羟基苯甲酸中的一种或多种；所述β-二酮类有机物为α-噻吩甲酰三氟丙酮、二苯甲酰甲烷、苯甲酰三氟丙酮中的任一种；所述亚砜类有机物为甲基取代亚砜的一个原子形成的亚砜类有机物、卤素取代亚砜的一个原子形成的亚砜类有机物、苯基取代亚砜的一个原子形成的亚砜类有机物、甲基取代双亚砜的两个原子形成的亚砜类有机物、卤素取代双亚砜的两个原子形成的亚砜类有机物、苯基取代双亚砜的两个原子形成的亚砜类有机物中的任一种；所述2,2’-联吡啶的衍生物为双蒎烯-2,2’-联吡啶。4.根据权利要求1所述的选择性近红外光响应形状记忆聚合物复合材料，其特征在于：所述稀土有机配合物的制备方法包括以下步骤：S1：将Amol稀土氯化物溶解于10mL-10L乙醇中，生成稀土氯化物溶液；如果羧酸类有机配体在室温下是液体，则直接将Bmol羧酸类有机配体作为第一试剂；如果羧酸类有机配体在室温下不是液体，则将Bmol羧酸类有机配体溶解于10mL-10L乙醇中，生成羧酸类有...

【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，方天余，陈顺平，方姣姣，陆春华，许仲梓，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32