[发明专利]具有形状记忆特性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明关于一种具有形状记忆特性材料及其制备方法，特别关于一种具有形状记忆特性的热敏性材料及其制备方法。 

背景技术

形状记忆材料以独特的性能引起世界的广泛关注，其相关的研究也得以迅速发展。

形状记忆材料具有独特的能力″记忆″被预先设定的形状，且在设定的条件下，可将被塑造过的形状回到被预先设定的形状。在业界，形状记忆材料已开始应用在商业上的用途。例如，形状记忆金属合金常用于各式各样的医疗、牙齿、机械和其它技术区域，产生各种的产品。 

形状记忆聚合物(高分子)材料主要的特性是当加热至该材料的玻璃转化温度之上(Tg)时，即可对该材料进行形状上的改变。当将温度逐渐下降至该材料的玻璃转化温度之下时，该材料可以维持其被塑造之形状，直到该材料再次被加热至其玻璃转化温度之上时，才会再次恢复到其原始的″记忆″形状。 

最早用来作为形状记忆材料的是具有形状记忆性质的金属合金(SMA)，例如TiNi合金、CuZnAl合金、以及FeNiAl合金。然而，由于形状记忆金属合金具有高的操作温度及昂贵的成本，使得这些材料并没有被广泛的应用。 

为克服上述问题，形状记忆聚合物(shape memory polymer，SMP)由于具有轻量化、高形状恢复能力、易于塑形、及较低的制造成本，因此被开发出来取代形状记忆金属合金(SMA)。 

目前大多数商业化具有形状记忆特性的产品主要是以有机高分子的材料为主，且一般是以化学共聚合的合成方式来制备出合适的形状记忆聚合物。美国专利US 6858680 B2所揭露一种以硅氧烷结构为组成之一的PU (polyurethane)形状记忆材料，然而由于原料价格昂贵，且合成步骤复杂，使得其实用性低。另外，美国专利US 7091297B2亦揭露一种形状记忆特性的材料，其是利用化学合成方式将环辛烯(cyclooctene)开环聚合后与架桥剂-过氧化二异丙苯(DCP)交联，但其原料需纯化且工艺复杂。 

由于以化学合成方式制备出具有特定结构的形状记忆材料有其困难度，美国专利US 7208550 B2提出一种物理混掺方式来制备形状记忆材料的方法。该方法是将聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate)、丙烯酸聚甲酯(polymethyl acrylate)、丙烯酸聚乙酯(polyethyl acrylate)、乱排聚甲基丙烯酸甲酯(atactic poly methyl methacrylate)、同排聚甲基丙烯酸甲酯(isotatic poly methyl methacrylate)、或对排聚甲基丙烯酸甲酯(syndiotacticpoly methyl methacrylate)与聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚乳酸(poly lactide)、聚羟基丁酸酯(polyhydroxybutyrate)、聚乙二醇(polyethylene glycol)、聚乙烯(poly ethylene)、聚氯乙烯(polyvinylchloride)或聚偏二氯乙烯poly(vinylidene chloride)进行熔融混掺，制备出一形状记忆材料。与传统化学合成方式相比，该物理混掺方式具有较简化的工艺。然而，美国专利US 7208550 B2所用来进行混掺的高分子材料原料价格较高，且部份材料含有氟及氯原子，不符合环保诉求。另外，该专利亦无记载该混掺所得的材料是否具有高的形状恢复能力。 

因此，选用合适且易获得的原料，配合简易的制备方式，来设计出具形状记忆特性的材料，以利于后段各种不同的加工方式与应用，实为形状记忆材料工艺技术极需研究的重点。 

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种具有形状记忆特性材料及其制备方法，透过熔融混炼的方式将一非结晶性聚酯系高分子与一半结晶性聚酯系高分子进行混掺，可制得一具热敏感型形状记忆特性材料。当外界温度达到其形状记忆的启动温度时，此材料会有自发性形状记忆的行为产生。通过改变非结晶性聚酯系高分子与结晶性聚酯系高分子混掺的重量比例，可调控其形状记忆的启动温度及恢复率。 

本发明所述的具有形状记忆特性材料，包含：一掺合体，其中该掺合 体是一非结晶性聚酯系高分子及一半结晶性聚酯系高分子经由一熔融混掺工艺所得。其中，该非结晶性聚酯系高分子及该半结晶性聚酯系高分子的重量比例是介于9∶1至1∶9之间。