一种基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯基形状记忆复合材料及方法技术

本发明专利技术属于形状记忆材料的技术领域，公开了一种基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯基形状记忆复合材料及方法。所述方法：1)将聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管进行熔融共混，得到聚碳酸亚丙酯/聚乳酸/碳纳米管复合材料；2)以超临界CO

Preparation and method of Electrosynthesized polypropylene carbonate based shape memory composite based on supercritical foaming process

【技术实现步骤摘要】
一种基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯基形状记忆复合材料及方法
本专利技术属于形状记忆材料制备领域，具体涉及一种基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯基形状记忆复合材料及其方法。
技术介绍
形状记忆材料是一种智能材料，能够感知并响应环境变化(如温度、光照、电磁、溶剂等)，回复预先设定状态的材料。形状记忆聚合物(SMP)是指具有初始形状的聚合物经形变固定后，受到外部环境的刺激，可恢复初始形状的聚合物。根据SMP记忆回复的原理可分为：热致型SMP、光致型SMP、化学感应型SMP等。聚碳酸亚丙酯(PPC)又称为聚甲基乙撑碳酸酯，它是以二氧化碳和环氧丙烷为原料合成的一种可完全降解的环保型塑料。PPC是非晶结构，具有优良的形状记忆性能，但其力学性能和热稳定性差，严重限制其应用范围。故需要引入力学性能好的聚合物来增强PPC的力学性能。聚乳酸(PLA)以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。它的机械性能及物理性能良好，故而会被加入复合材料中来提高复合材料的力学性能。但是本身不具备形状记忆性能，过多的加入聚乳酸会降低复合材料的形状记忆性能。现有的形状记忆聚合物绝大多数为绝缘体，自身不具备导电能力。故需往形状记忆聚合物基体中添加适量的导电填料，并通过一定方法使填料高效分散形成导电网络，使形状记忆聚合物由绝缘体变成导体，从而使形状记忆聚合物可以通过电刺激来实现形状记忆过程。在专利申请201410836760.6“一种热致型形状记忆复合材料”中，要使形状记忆聚合物变成可以通过导电实现形状记忆效果的复合材料，复合材料中形状记忆聚合物的含量为：15wt.％～85wt.％；碳纳米管的含量为：85wt.％～15wt.％。其复合材料中碳纳米管的含量至少为15wt.％，但是过多的碳纳米管填料的加入会降低复合材料的力学性能。现有形状记忆材料主要存在以下问题：1)聚碳酸亚丙酯具有良好的形状记忆性能，但是其过低的力学强度导致其应用范围窄。2)导电粒子一般都属于无机材料，与聚合物的界面结合性能较差，而使形状记忆聚合物从绝缘体变成导体则需要填充大量的导电粒子，这样会损害形状记忆聚合物的力学性能，缩小了聚合物记忆材料的应用范围。为了解决上述问题，则需要对现有的聚碳酸亚丙酯材料进行一定的改性处理，而本专利技术采用超临界CO2发泡工艺使聚碳酸亚丙酯材料的力学性能及导电性能同时改善。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯形状记忆复合材料及其方法。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯形状记忆复合材料的方法，包括以下步骤：1)将聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管进行熔融共混，得到聚碳酸亚丙酯/聚乳酸/碳纳米管复合材料；2)以超临界CO2为发泡剂对步骤1)中所得的复合材料进行间歇式发泡，获得聚碳酸亚丙酯形状记忆复合材料。优选地，步骤1)所述聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管的混合物中，聚乳酸的含量为10wt.％～50wt.％，碳纳米管的含量为3wt.％～10wt.％。优选地，步骤1)所述聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管的混合物中，碳纳米管会选择性的分散在PPC相中，从而增加了超临界CO2发泡在PPC相中的异相成核点。优选地，步骤2)中所述间歇式发泡的具体步骤为：将步骤1)得到的复合材料装入高压釜内并密封，升温至130℃～160℃时注入超临界CO2，控制压力为12～20MPa，在恒压下保持1～4h，再降温至40～60℃保持5～15min，然后快速卸压，冷却，得到聚碳酸亚丙酯基发泡材料。所述快速卸压的速率为5～10MPa/s，所述冷却是指冷却至常温。步骤1)中所述聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管混合均匀后进行熔融共混。超临界CO2发泡工艺是指在待发泡材料中通入超临界CO2，待超临界CO2与熔融基体充分混合均匀/扩散后，通过快速压降使超临界CO2变成气体析出并形成大量的气泡核，并在后续冷却成型过程中气泡核不断长大，得到发泡材料。发泡材料中泡孔直径小于10μm，密度大约在109～1012cell/cm3，发泡材料的密度能比发泡前减小5％～95％。与未发泡材料相比，发泡材料的渗流阈值更低，电磁屏蔽效应更好，这是因为发泡使随机分布的导电填料之间的平均距离大大减小，利于导电网络的形成。本专利技术的基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯基形状记忆复合材料，由于碳纳米管的选择性分散在聚碳酸亚丙酯相中，并且在超临界CO2发泡过程中碳纳米管会提供发泡的异相成核点，从而增加微孔发泡复合材料的泡孔密度。通过发泡处理，使得碳纳米管能改善复合材料的发泡形貌，从而提高了复合材料的力学性能。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1.本专利技术的基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯基形状记忆复合材料，相比聚碳酸亚丙酯，不但保留了聚碳酸亚丙酯的形状记忆特性，并且使其有更好的力学性能。2.本专利技术的基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯基形状记忆复合材料通过超临界发泡处理后，提高了复合材料的电导率，对比未发泡的复合材料，使碳纳米管更加均匀的分布在聚合物中，从而减少碳纳米管的加入以达到相同的效果，即泡孔的引入降低了复合材料的渗透阈值。附图说明图1为对比例1制备的低含量碳纳米管聚碳酸亚丙酯复合材料扫描电镜图；图2为对比例2制备的高含量碳纳米管聚碳酸亚丙酯复合材料扫描电镜图；图3为对比例3制备的无聚乳酸的碳纳米管聚碳酸亚丙酯发泡复合材料扫描电镜图；图4为实施例1制备的泡孔形貌较好的聚碳酸亚丙酯基微孔发泡复合材料扫描电镜图；图5为实施例2制备的泡孔形貌一般的聚碳酸亚丙酯基微孔发泡复合材料的扫描电镜图；图6为基于聚碳酸亚丙酯的电致形状记忆微孔发泡复合材料在电刺激下从初始形状到完全回复的过程。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，对实施例的描述是为便于该
的普通技术人员能理解和应用本专利技术。熟悉本领域的技术人员显然可以容易地对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此本专利技术不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本专利技术的揭示，不脱离本专利技术范畴所做出的改进和修改都应该在本专利技术的保护范围之内。对比例1(1)将聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管按76:19:5的质量比例充分熔融混合得到共混物；(2)将步骤(1)得到的共混物通过模压机，压制成板材，获得复合材料。对比例2(1)将聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管按64:16:20的质量比例充分熔融混合得到共混物；(2)将步骤(1)得到的共混物通过模压机，压制成板材，获得复合材料。对比例3(1)将聚碳酸亚丙酯、碳纳米管按95:5的质量比例充分熔融混合得到共混物；(2)将步骤(1)得到的混合物装入有板材样条模具的高压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯形状记忆复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)将聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管进行熔融共混，得到聚碳酸亚丙酯/聚乳酸/碳纳米管复合材料；/n2)以超临界CO

【技术特征摘要】
1.一种基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯形状记忆复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管进行熔融共混，得到聚碳酸亚丙酯/聚乳酸/碳纳米管复合材料；
2)以超临界CO2为发泡剂对步骤1)中所得的复合材料进行间歇式发泡，获得聚碳酸亚丙酯形状记忆复合材料。


2.根据权利要求1所述基于超临界发泡工艺制备电致聚碳酸亚丙酯形状记忆复合材料的方法，其特征在于：步骤(1)所述聚碳酸亚丙酯、聚乳酸及碳纳米管的混合物中，聚乳酸的含量为10wt.％～50wt.％，碳纳米管的含量为3wt.％～10wt.％。


3.根据权利要求1所述基于超...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷小春，李子建，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44