一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料及其制备方法技术

技术编号:20087773 阅读:42 留言:0更新日期:2019-01-15 06:56
本发明专利技术属于形状记忆材料技术领域,提供了一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料及其制备方法。该热适性形状记忆材料,按重量份数计,其原料包括:三官能团单体10‑600份,双官能团单体50‑700份以及溶剂500‑3000份。该热适性形状记忆材料通过降低材料交联点间的分子量,实现应变和相应的应力松弛呈现很好的线性相关性,从而在应力松弛期间获得可预测的、准确的应变,且预测性和准确性高,并可防止材料在高温时发生氧化分解。该制备方法,包括:将热适性形状记忆材料的原料按重量份数混合,室温搅拌得到溶液;接着将溶液注入反应模具中,真空干燥过夜除去溶剂,脱模。该制备方法设计科学,操作简单,省时省力。

【技术实现步骤摘要】
一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料及其制备方法
本专利技术属于形状记忆材料
,具体地说,涉及一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料及其制备方法。
技术介绍
形状记忆材料作为一种智能材料,其能够固定临时形状,并且当受到外界刺激如热、pH、湿气、光、电等,能够恢复到他们的初始形状。由于形状记忆材料在我们的生活和工业上有巨大的潜在应用,因此其受到了人们的广泛关注。目前,由于形状记忆材料在高附加值技术应用中的作用日益重要,形状记忆材料的发展受到了大家的密切关注。例如谢涛通过在一个较宽的相转变范围内实现了四重形状记忆转变,而其组分没有任何改变;李兴建等合成了一种形状记忆材料,第一次实现了高应变、多形状记忆和1000%高回复应变的结合;陈等人合成了一种侧链液晶聚降冰片烯,其表现出高应变多形状记忆性能,并具有高的形状固定率和形状恢复率。但是无论能够固定多少个临时形状,通过外部刺激后,材料都只能够恢复到其平面的、二维的初始性状,或者说在没有模具的前提下,不能够实现复杂的、三维的初始性状的再赋型,虽然3D打印能实现初始形状的3D化、复杂化,但是其初始形状一旦固定,就不能够进一步的改变,主要归因于聚合物网络的高度交联。由于许多形状记忆设备都需要高度复杂、三维的初始形状,其严重限制了形状记忆材料的发展。现在,热适性形状记忆材料的出现极大地推动了形状记忆材料的发展。它将传统的弹性和固态塑性结合在同一种材料中,通过固态塑性能够实现几何复杂的初始形状,不需要宏观的融化或模具的辅助,这独特的性能进一步促进了具有复杂初始形状的形状记忆材料的合成。虽然通过光照也能实现初始形状的再赋型,但是在初始形状的再赋型期间,紫外线对人体伤害很大,并且光照的透过性很差。而热致变形的方法简单,并且多种动态键都能通过加热来激活。例如,郑宁等发现传统的热适性聚氨酯能够通过转氨甲酰作用实现网络重排从而实现初始形状的再赋型,通过折纸实现了很好的形状变形。其他的动态键也能实现热致固态塑性,例如杨立鹏在制备材料时通过不同金属离子的扩散,获得了空间梯度塑性变形,为潜在的设备提供了一种特殊的形状变形方法。然而,目前存在着一个很重要的问题是应力必须完全松弛才能获得所需要的准确的应变,主要是由于应变远远滞后于相应的应力松弛,应变和相应的应力松弛之间差的线性相关性造成在应力松弛期间应变的不可预测性,因此,准确的应变只能够通过完全的应力松弛来实现。尽管在一个较高的温度下,在一个相对较短的时间内可以通过完全应力松弛来实现准确的应变,但是过高的温度会造成材料在应力松弛期间的分解氧化,在较低的温度下,完全的应力松弛会耗费大量的时间,非常不利于形状记忆材料的大量加工。
技术实现思路
针对现有技术中上述的不足,本专利技术的第一目的在于提供了一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料;该热适性形状记忆材料通过降低材料交联点间的分子量,实现应变和相应的应力松弛呈现很好的线性相关性,从而在应力松弛期间获得可预测的、准确的应变,且可预测性和准确性高,并且可防止材料在高温时发生氧化分解。针对现有技术中上述的不足,本专利技术的第二目的在于提供了一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料的制备方法;该制备方法设计科学,操作简单,省时省力。为了达到上述目的,本专利技术采用的解决方案是:一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料,按重量份数计,热适性形状记忆材料的原料包括:三官能团单体10-600份,双官能团单体50-700份以及溶剂500-3000份。一种如上述可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料的制备方法,包括如下步骤:将热适性形状记忆材料的原料按重量份数混合,室温搅拌得到溶液;接着将溶液注入反应模具中,于50℃固化24h后,再于90℃真空干燥过夜除去溶剂,脱模,即得到热适性形状记忆材料。本专利技术提供的一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料及其制备方法的有益效果是:(1)本专利技术提供的热适性形状记忆材料,通过调节交联点间的分子量、单体种类和动态键种类等来实现热固性形状记忆高分子材料的应变保持与相应的应力松弛呈很好的线性相关性,从而实现可预测的、任意的形状变形;(2)本专利技术提供的热适性形状记忆材料具有很好的重加工性和固态塑性,是一种可重加工及初始形状可再赋型的热适性形状记忆材料。将剪成碎片的热适性形状记忆材料放到模具中,在一定的温度和压力下,通过动态键交换,即能够实现热适性形状记忆材料的重加工;(3)本专利技术提供的热适性形状记忆材料具有很高的可预测性、准确性,节约时间,并且可防止高温时材料的氧化分解;(4)本专利技术提供的热适性形状记忆材料的制备方法,设计科学,操作简单,省时省力。附图说明图1是实施例1制备得到的热适性形状记忆材料的性能指标图;图2是实施例2制备得到的热适性形状记忆材料的性能指标图;图3是实施例3与对比例1和2制备得到的热适性形状记忆材料的性能指标对比图;图4是实验例4提供的传统塑性变形方法与本专利技术实施例提供的新的塑性变形方法的对比图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例提供的一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料及其制备方法进行具体说明。专利技术人发现,材料的应变可以与相对应的应力松弛实现很好的线性相关性,这样就可以实现可预测的、任意的形状变形,并且准确的应变不需要完全的应力松弛就能够获得。因此,制备了一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料,按重量份数计,热适性形状记忆材料的原料包括:三官能团单体10-600份,双官能团单体50-700份以及溶剂500-3000份。专利技术人发现正是通过上述原料之间的反应配合,能够降低材料交联点间的分子量,实现应变和相应的应力松弛呈现很好的线性相关性,从而在应力松弛期间获得可预测的、准确的应变。进一步地,在本专利技术中,双官能团单体优选地包括叔丁基乙醇胺(TBAE)、N,N'-二叔丁基乙二胺(TBEA)和乙二醇中的至少一种,可根据对材料整体性能的要求进行调整。其中,TBAE和TBEA具有受阻脲键,乙二醇具有端羟基。三官能团单体包括(2,4,6-三氧代三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-三基)三(六亚甲基)异氰酸酯(THDI)。采用上述三官能团单体,一方面具有交联的作用,另一方面可与具有受阻脲键的单体形成脲基,同时也可与端羟基形成氨基甲酸酯基。需要说明的是,在热适性形状记忆材料合成中,通常会使用一些有毒性的催化剂,且其纯化过程又非常繁琐,会严重阻碍形状记忆材料在医用设备上的使用。专利技术人创造性地发现含有受阻脲键的形状记忆材料由于受阻脲键高的动态键交换性能,在其合成过程中不需要有毒的催化剂的加入,有利于其在生物医用领域的使用;且由于受阻脲键具有可降解性,使得制备得到的热适性形状记忆材料具有可降解性。在本专利技术中,动态键交换机理如下:在本专利技术中,正是由于脲基和氨基甲酸酯基的动态键交换能够实现应力松弛从而实现固态塑性变形。其中,R1、R2、R3和R4是形状记忆高分子中不同部分的分子链。其中,脲基具有较好的动态交换速率,有利于提高材料本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料,其特征在于,按重量份数计,所述热适性形状记忆材料的原料包括:三官能团单体10‑600份,双官能团单体50‑700份以及溶剂500‑3000份。

【技术特征摘要】
1.一种可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料,其特征在于,按重量份数计,所述热适性形状记忆材料的原料包括:三官能团单体10-600份,双官能团单体50-700份以及溶剂500-3000份。2.根据权利要求1所述的可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料,其特征在于:所述热适性形状记忆材料为共价交联结构,所述热适性形状记忆材料的交联网络中包含脲基和/或氨基甲酸酯基。3.根据权利要求2所述的可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料,其特征在于,所述双官能团单体包括叔丁基乙醇胺、N,N'-二叔丁基乙二胺和乙二醇中的至少一种。4.根据权利要求3所述的可预测的及任意变形的热适性形状记忆材料,其特征在于,所述三官能团单体包括(2,4,6-三氧代三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-三基)三(六亚甲基)异氰酸...

【专利技术属性】
技术研发人员:丁小斌王永伟殷绿潘毅邓瑾妮
申请(专利权)人:中国科学院成都有机化学有限公司中国科学院大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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