一种氰酸酯墨水及其制备方法、氰酸酯形状记忆材料和应用技术

本发明专利技术提供了一种氰酸酯墨水及其制备方法、氰酸酯形状记忆材料应用，属于高分子聚合物材料技术领域。本发明专利技术将氰酸酯、烯酸和催化剂混合进行接枝反应，得到接枝的氰酸酯材料；将所述接枝的氰酸酯材料、丙烯酸酯和光引发剂混合，得到所述氰酸酯墨水。羧酸是一种可以和氰酸酯基团发生反应的基团，本发明专利技术选用含有羧酸的单体可以轻松实现双键的接枝，接枝的氰酸酯单体的粘度较大不利于DLP打印方式，通过在接枝的氰酸酯中添加丙烯酸酯单体，不但可以降低墨水的粘度，而且丙烯酸酯的碳链可以增加氰酸酯聚合物中的软段含量赋予材料形状记忆效应，以这种方式打印的聚合物材料结构具有较高转变温度，可以被应用于航天航空等多个领域中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
一种氰酸酯墨水及其制备方法、氰酸酯形状记忆材料和应用


[0001]本专利技术涉及高分子聚合物材料
，尤其涉及一种氰酸酯墨水及其制备方法、氰酸酯形状记忆材料和应用。

技术介绍

[0002]4D打印是在3D打印基础上增加时间轴的一种新型打印方式。4D打印的结构不同于3D打印的静态结构，而是一种动态结构，这种结构状态随着时间发生一定的变化。目前利用4D打印技术已经成功实现了很多材料的打印。这些4D打印结构在医学、软机器人、智能穿戴、智能模具等领域都展示出巨大的应用前景。但是大多数打印的材料的转变温度较低，不适合于条件苛刻的使用工况，如航天航空领域。所以对于这些特殊工况的使用环境，需要开发新型且性能更好的4D打印材料。
[0003]氰酸酯因其优异的机械性能、热稳定性和介电性能已经被应用于航天航空等领域之中，例如飞机的雷达罩、航空器的展开结构等。但是由于氰酸酯极性的原因导致氰酸酯难以溶解，所以难以制备打印墨水。其次氰酸酯单体不具备光固化的基团，无法通过紫外光固化的打印机进行打印。最后，氰酸酯聚合中具有大量的三嗪环结构，导致材料不具备形状记忆效应。
[0004]为了解决氰酸酯难溶和无法光固化的问题，需要改变氰酸酯的分子结构，进而改变分子极性。通常在单体上接枝包含双键的基团是一种不错的办法。羧酸是一种可以和氰酸酯基团发生反应的基团，选用含有羧酸的单体可以轻松实现双键的接枝。但是接枝的氰酸酯单体的粘度较大不利于DLP打印方式。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种氰酸酯墨水及其制备方法、氰酸酯形状记忆材料和应用。本专利技术选用含有羧酸的单体实现双键的接枝，再添加丙烯酸酯单体，降低墨水的粘度。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种氰酸酯墨水的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将氰酸酯、烯酸和催化剂混合进行接枝反应，得到接枝的氰酸酯材料；
[0009]将所述接枝的氰酸酯材料、丙烯酸酯和光引发剂混合，得到所述氰酸酯墨水。
[0010]优选地，所述氰酸酯和烯酸的摩尔比为1：1。
[0011]优选地，所述烯酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、3
‑
丁烯酸、4
‑
戊烯酸或5
‑
己烯酸。
[0012]优选地，所述氰酸酯为双酚A型氰酸酯、双酚E型氰酸酯或多官能团氰酸酯树脂，所述多官能团氰酸酯树脂具有式I所示的结构：
[0013][0014]式I中R为
[0015]优选地，所述接枝反应的温度为60～100℃，时间为1～3h。
[0016]优选地，所述接枝的氰酸酯材料和丙烯酸酯的质量比为1～2.5：1。
[0017]优选地，所述丙烯酸酯包括甲基丙烯羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯、1,5
‑
戊二醇二丙烯酸酯和三乙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的氰酸酯墨水。
[0019]本专利技术还提供了一种氰酸酯形状记忆材料，由上述技术方案所述的氰酸酯墨水依次经打印和热固化制得，所述热固化的程序包括以下步骤：在140～160℃下保温1～2h，然后升温至170～190℃保温1～2h，最后升温至200～220℃保温1～2h。
[0020]本专利技术还提供了上述技术方案所述的氰酸酯形状记忆材料在航天航空领域中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种氰酸酯墨水的制备方法，包括以下步骤：将氰酸酯、烯酸和催化剂混合进行接枝反应，得到接枝的氰酸酯材料；将所述接枝的氰酸酯材料、丙烯酸酯和光引发剂混合，得到所述氰酸酯墨水。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0023]羧酸是一种可以和氰酸酯基团发生反应的基团，本专利技术选用含有羧酸的单体可以轻松实现双键的接枝，接枝的氰酸酯单体的粘度较大不利于DLP打印方式，通过在接枝的氰酸酯中添加丙烯酸酯单体，不但可以降低墨水的粘度，而且丙烯酸酯的碳链可以增加氰酸酯聚合物中的软段含量赋予材料形状记忆效应，可以高精度制备氰酸酯材料的结构，以这种方式打印的聚合物材料结构具有较高转变温度，可以被应用于航天航空等多个领域中。
附图说明
[0024]图1为航空器展开结构的变形和展开过程。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种氰酸酯墨水的制备方法，包括以下步骤：
[0026]将氰酸酯、烯酸和催化剂混合进行接枝反应，得到接枝的氰酸酯材料；
[0027]将所述接枝的氰酸酯材料、丙烯酸酯和光引发剂混合，得到所述氰酸酯墨水。
[0028]在本专利技术中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
[0029]本专利技术将氰酸酯、烯酸和催化剂混合进行接枝反应，得到接枝的氰酸酯材料。
[0030]在本专利技术中，所述氰酸酯和烯酸的摩尔比优选为1：1。
[0031]在本专利技术中，所述烯酸优选为丙烯酸、甲基丙烯酸、3
‑
丁烯酸、4
‑
戊烯酸或5
‑
己烯酸。
[0032]在本专利技术中，所述氰酸酯优选为双酚A型氰酸酯、双酚E型氰酸酯或多官能团氰酸酯树脂，所述多官能团氰酸酯树脂优选具有式I所示的结构：
[0033][0034]式I中R为
[0035]在本专利技术中，所述接枝反应的温度优选为60～100℃，更优选为70～80℃，时间优选为1～3h，更优选为2h。
[0036]在本专利技术中，所述催化剂优选为二月桂酸二丁基锡、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铜或壬基酚。
[0037]在本专利技术中，所述催化剂的质量优选为氰酸酯和烯酸总质量的0.01％～0.025％。
[0038]本专利技术优选先将所述氰酸酯和烯酸加热融化，然后再加入所述催化剂。
[0039]在本专利技术中，所述加热融化的温度优选为80℃，时间优选为2h。
[0040]得到接枝的氰酸酯材料后，本专利技术将所述接枝的氰酸酯材料、丙烯酸酯和光引发剂混合，得到所述氰酸酯墨水。
[0041]在本专利技术中，所述接枝的氰酸酯材料和丙烯酸酯的质量比优选为1～2.5：1。
[0042]在本专利技术中，所述丙烯酸酯优选包括甲基丙烯羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯、1,5
‑
戊二醇二丙烯酸酯和三乙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种，更优选为以上任意两种物质的混合物，所述混合物中两种物质的质量比优选为1：1。
[0043]在本专利技术中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的数均分子量优选为400。
[0044]在本专利技术中，所述光引发剂的质量优选为丙烯酸酯质量的1％～2％。
[0045]在本专利技术中，所述光引发剂优选包括苯基双(2,4,6...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氰酸酯墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氰酸酯、烯酸和催化剂混合进行接枝反应，得到接枝的氰酸酯材料；将所述接枝的氰酸酯材料、丙烯酸酯和光引发剂混合，得到所述氰酸酯墨水。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氰酸酯和烯酸的摩尔比为1：1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述烯酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、3
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丁烯酸、4
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戊烯酸或5
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己烯酸。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氰酸酯为双酚A型氰酸酯、双酚E型氰酸酯或多官能团氰酸酯树脂，所述多官能团氰酸酯树脂具有式I所示的结构：式I中R为或
‑
OCN。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述接枝反应的温度为60～100℃，时间为1～3h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王廷梅，唐张张，王齐华，杨增辉，张耀明，陶立明，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：