[发明专利]二氧化硅交联形状记忆聚合物材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种形状记忆聚合物材料，具体地讲，本发明涉及一种以二氧化硅无机颗粒为交联点所形成的形状记忆聚合物材料。该形状记忆聚合物材料在常温至80℃具有较高的力学性能，并且具有稳定的形状固定率和形状回复率。

背景技术

形状记忆材料是指受到外界条件刺激能够发生形状变化，并保持在一个特定的暂时形变，在外界施加的条件发生改变时能够回复到原来形状的一类材料。形状记忆聚合物(SMP)具有变形量大，成本低，易加工等众多优点而备受关注。其中热致型SMP由于变形温度可调范围宽，材料来源广泛，应用范围大而得到广泛的研究。其形状记忆机理为：由具有较高相转变温度的固定相和较低相转变温度的可逆相组成，可逆相通过在转变温度时的相态变化来固定暂时形状，固定相保持永久形变在外界条件变化后回复原来形状的作用。现阶段研究的热致型SMP包括聚氨酯，聚酯，交联聚乙烯，聚降冰片烯，嵌段共聚物等。

现阶段研究的热致SMP包括热塑型SMP和热固型SMP，其中热塑型SMP力学性能不高，且由于重复使用过程及外力作用下物理交联点易被破坏；而具有化学交联点的热固型SMP由于化学键的存在使得力学性能部分提高。尽管SMP较形状记忆合金(SMA)有着不可比拟的优点，但是SMP的力学强度还有待于进一步提高。因此，SMP材料力学性能的提高成为目前一个重要的研究课题。

随着纳米复合材料的发展，纳米材料的填充可以大大提高聚合物的力学性能，Kim B.K.(Jung D.H.，Jeongb H.M.and Kim B.K.，JMC，20：3458-3466)、ChoJ.W.(Jana R.N.，Yoo H.J.，Cho J.W.，Fiber.Polym.2008.9：247-254)等小组研究添加改性的纳米材料如碳纳米管，炭黑，碳纤维，二氧化硅，绿坡缕石粘土等来提高SMP材料的力学强度。较单纯的纳米材料添加技术，改性后的纳米粒子表面具有特征基团可以键合聚合物中部分基团，除了力学性能的提高，材料的相容性和形状回复性能也大大提高。刚性材料的加入虽然在一定程度上提高了SMP的力学强度，但是此类方法只是基于添加剂表面的部分改性，化学键合点少，键合力弱，相容性及分散性还有很大的问题。Xu J.(Xu J.and Song J.，PNAS，107：7652-7657)利用每一个笼状聚硅氧烷(POSS)8个改性的末端基团引发聚合，作为化学交联点制备了具有交叉网状结构的SMP，其形状记忆固定率和形状记忆回复率均较高且响应时间短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有力学性能好且形状记忆性能得到提高的形状记忆聚合物材料。

本发明利用二氧化硅作为交联点制备了一种形状记忆聚合物材料。该方法制备的聚合物通过多个化学键合点连接二氧化硅粒子与聚合物，从而大大提高材料的力学强度。同时，二氧化硅表面聚合物包覆层的存在使其在后续的交联反应中易于分散，没有团聚产生，可以制备得到二氧化硅均匀分散的材料。作为交联点的二氧化硅均匀分布在材料中使其力学性能大大提高，弹性模量高达680MPa，断裂伸长率可以达到800％。

本发明的聚合物材料具有合适的相转变温度，其与二氧化硅交联点的共同作用使得该材料具有很好的形状记忆性能，在100％、300％、500％拉伸状态下的形状固定率(R_f)＞95％，而在100％拉伸下形状回复率(R_r)均≈100％，在300％、500％拉伸状态下＞90％。

一种二氧化硅交联形状记忆聚合物材料，其特征在于聚合物材料通过下列步骤来制备：

A以单分散性二氧化硅颗粒为核聚合物为壳的球状聚合物的制备：将粒径均匀的二氧化硅颗粒超声分散在环状内酯单体中，得到分散均匀的混合物；在N₂条件下加入催化剂辛酸亚锡加热搅拌反应，合成出球状SiO₂polymer聚合物；

B形状记忆聚合物材料的制备：称取SiO₂polymer聚合物溶于溶剂中，其中溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷以及丁酮中的一种；然后加入提供连接作用的多异氰酸酯中，60-100℃搅拌反应2-3h，得到粘度很高的乳状聚合物；将乳状聚合物浇铸在模具中，干燥脱出溶剂，得到二氧化硅交联形状记忆聚合物材料。