一种紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料及其制备方法和应用，该材料由木质素纳米管和高分子聚合物制成，其制备方法为：将干燥的高分子聚合物溶解于有机溶剂中，制成聚合物溶液；向聚合物溶液中加入木质素纳米管，搅拌均匀，得混合溶液；将混合溶液通过3D打印的方式打印在含有反溶剂的基材上，打印完成后，去除样品中的溶剂，干燥，制得。该材料可有效解决现有的形状记忆复合材料存在的力学性能差，成本高的问题。成本高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于形状记忆材料
，具体涉及一种紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]形状记忆高分子材料是一类新型的功能高分子材料，依据其实现记忆功能的条件不同，可分为热致响应型、光致响应型、酸碱响应型、磁响应型等不同类型。形状记忆高分子制品的加工一般包括从初始形态在某种条件下(如，热、光、磁等)变形为临时形态；再由临时形态在变形条件下恢复初始形态。
[0003]具有形状记忆功能的高分子材料可以是单一组分的聚合物，也可以是软化温度不同、相溶性良好的两种组分的嵌段或接枝共聚物或共混物。已报导的具有光热转换效应的材料有碳纳米管、石墨烯、四氧化三铁、金纳米颗粒等，都在目前的研究及今后的实际应用中存在很多的局限性。例如，这些纳米材料的力学性能均较差，这些纳米材料大多成本较高，价格昂贵。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料及其制备方法和应用，该材料可有效解决现有的形状记忆复合材料存在的力学性能差，成本高的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料，由木质素纳米管和高分子聚合物制成。
[0007]本专利技术所产生的有益效果为：木质素纳米管在复合材料中用作增强填料，可以提高复合材料的强度。在相同的外拉力下，木质素纳米管可以承受应力，从而提高了复合材料的拉伸强度。更重要的是，木质素纳米管和PU硬链段会形成偶极
‑
偶极相互作用(氢键)，提高了复合材料强度。同时，木质素纳米管有紫外吸收作用，加入到复合材料中可以起到紫外刺激响应的形状记忆作用。
[0008]进一步地，高分子聚合物包括聚氨酯、聚己内酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、环氧树脂和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
[0009]本专利技术所产生的有益效果为：上述材料均具有一定的紫外刺激响应的形状记忆性质，可作为形状记忆复合材料的原料使用。
[0010]进一步地，木质素纳米管通过以下方法制得：将木质素加入水中，然后再加入助溶剂，最后加入电解质，混匀，透析，制得木质素纳米管；其中，电解质为以下阴离子和阳离子形成的物质：
[0011]阳离子为H
+
、Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Mg
2+
、Cu
2+
、Fe
2+
、Fe
3+
、Zn
2+
和Ag
+
中的任意一种；
[0012]阴离子为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
、HSO4‑
、PO
43
‑
、HPO
42
‑
、HPO
32
‑
、OH
‑
、CO
32
‑
和HCO3‑
中的任意一种。
[0013]本专利技术所产生的有益效果为：制备过程中，木质素在助溶剂水溶液中的质量浓度为1
‑
20％，木质素为脱碱木质素、木质素磺酸钠等纯木质素试剂，加入助溶剂后使得助溶剂在反应体系中所占的体积浓度为10
‑
90％，助溶剂为醇类、非质子溶剂、质子溶剂、深共熔溶剂或离子液体，醇类为甲醇、乙醇或乙二醇等；非质子溶剂为四氢呋喃或二氧六环；质子溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺；深共熔溶剂为氯化胆碱/柠檬酸、氯化胆碱/乙酸；离子液体为[Amim]Cl、[Bmim]Cl、DMSO/TBAH；加入助溶剂能够加快木质素在水中的溶解速度，使得木质素在水中分散均匀；加入电解质后使得电解质在反应体系中的浓度为0.01
‑
1mol/L，透析温度为20
‑
60℃，透析时间为2
‑
4天；加入电解质可促进木质素纳米管的形成，在透析过程中，木质素可自组装形成木质素纳米管。而形成木质素纳米管所使用的电解质为上述阴阳离子形成的物质，该电解质为弱络合能力的电解质，专利技术人猜测电解质对木质素纳米管的形成可能是因为这些电解质中尤其是阳离子可与木质素络合，可促进木质素纳米管的形成。木质素纳米管制备过程中，尺寸会受电解质、助溶剂和透析因素的影响，可通过调节这些参数，来调控木质素纳米管的直径、长径比。本申请中按照上述方法制备的木质素纳米管为管状结构，其长度为400
‑
550μm，直径为450
‑
550nm。
[0014]上述的紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)将干燥的高分子聚合物溶解于有机溶剂中，制成聚合物溶液；
[0016](2)向聚合物溶液中加入木质素纳米管，搅拌均匀，得混合溶液；
[0017](3)将混合溶液通过3D打印的方式打印在含有反溶剂的基材上，打印完成后，去除样品中的溶剂，干燥，制得。
[0018]本专利技术所产生的有益效果为：将木质素纳米管加入高分子聚合物溶液中形成混合溶液，混合溶液中的高分子聚合物和木质素纳米管的质量占比之和为36％，然后将混合溶液通过3D打印的方式进行制备形状记忆材料，具有操作简单，制备效率快的优点；聚氨酯溶液的制备过程主要是先将聚合物干燥去除水分，然后将其加入三颈瓶中并加入溶剂，冷凝回流条件下水浴加热，实现聚合物的溶解；打印过程中，基材上浸润有反溶剂，反溶剂为乙醇，通过反溶剂的交换作用，使得材料固化成型。
[0019]进一步地，步骤(1)中有机溶剂为括二甲基亚砜。
[0020]进一步地，步骤(2)中混合溶液中高分子聚合物的质量分数为27
‑
35％。
[0021]本专利技术所产生的有益效果为：高分子聚合物的浓度会影响打印的进程，浓度过大，使得混合溶液过于粘稠，浓度过小，使得混合溶液过于稀释，均不利于打印进行，导致器件的性能不佳。
[0022]进一步地，步骤(2)混合溶液中木质素纳米管的质量分数为1
‑
9％。
[0023]进一步地，步骤(2)混合溶液中木质素纳米管与高分子聚合物的质量为5％。
[0024]本专利技术所产生的有益效果为：木质素纳米管的质量分数1
‑
5wt％，复合层材料的强度提高，这是因为木质素纳米管的增强作用以及木质素纳米管与聚氨酯形成氢键作用；木质素纳米管质量分数7
‑
9wt％，复合层材料的强度降低，这是因为过多的木质素纳米管在聚氨酯基体中聚集，破坏了其结构，导致强度下降。
[0025]当木质素纳米管的占比超过9wt％强度会进一步下降，超过9w本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料，其特征在于，由木质素纳米管和高分子聚合物制成。2.如权利要求1所述的紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚氨酯、聚己内酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、环氧树脂和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。3.如权利要求1所述的紫外刺激响应的木质素纳米管形状记忆复合材料，其特征在于，木质素纳米管通过以下方法制得：将木质素加入水中，然后再加入助溶剂，最后加入电解质，混匀，透析，制得木质素纳米管；其中，电解质为以下阴离子和阳离子形成的物质：阳离子为H
+
、Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Mg
2+
、Cu
2+
、Fe
2+
、Fe
3+
、Zn
2+
和Ag
+
中的任意一种；阴离子为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
、HSO4‑
、PO
43
‑
、HPO
42
‑
、HPO
32
‑
、OH
‑
、CO
32
‑
和HCO3‑
中...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜曼，王峰，张喆，张启迪，梁颖霞，夏淑琪，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：