[发明专利]一种新型形状记忆高分子微层复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能性高分子复合材料及其制备技术领域，特别涉及新型形状记忆高分子微层复合材料及其制备方法。

背景技术

形状记忆高分子材料是一类能够对外界条件产生响应的智能材料，它们可以“记忆”预先设定的形状（原始形状），然后被塑造成各种需要的形状（临时形状），当外界的温度、磁场、湿度等达到特定条件时，它们可自动回复到被预先设定的形状。形状记忆高分子材料具有非常广泛的用途，例如在医疗领域，可被用来去除血栓，制备血管支架等。在航天领域可被用来制造能够自行展开的卫星天线反射器等。在传感器、包装、智能织物等领域也有大量的应用。形状记忆高分子材料的触发方式有多种，其中热触发（热致形状记忆）是目前研究开发的重点。热致形状记忆高分子材料能够在一个设定的原始形状和各种临时形状间转换的基本原理是其临时形状的固定和解除可由高分子的相态转变（结晶态与熔融态或玻璃态与高弹态）来控制实现。传统的热致形状记忆高分子材料主要是形状记忆共聚物材料和形状记忆共混物材料。目前大多数商业化的形状记忆高分子材料是以共聚合的化学合成方式来制备的。这些形状记忆共聚物材料的合成过程非常复杂，成本较高，实用性低，同时因为需要使用大量易燃和毒性的有机溶剂，导致安全性低，对环境造成较大污染，很难实现大规模生产。而传统的形状记忆共混物材料虽然制备工艺较为简化，但只有当相互混合的两种聚合物形成双连续的相结构时，也就是只有当相互混合的两种聚合物的组分比在50:50附近时，才具有较好的形状记忆性能。所得材料的性能较为有限，并且性能的可调节范围非常狭小。此外，这一类由传统物理共混方法制备的形状记忆高分子材料还存在记忆性能会随使用次数的增加而减弱的问题。因此，选用合适且易获得的原料，配合简便的制备方式，来高效率的设计和制备性能优异的形状记忆高分子材料是领域发展的重点技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术要么工艺复杂、环境污染大、成本高、难以大规模生产，要么形态结构可设计性差、性能有限且可调节范围小等技术问题，提出一种新型形状记忆高分子微层复合材料及其制备方法。所述方法以商品化的高分子材料为原料，通过物理方式来制备具有独特交替层状双连续结构的形状记忆复合材料，不使用任何溶剂，操作简单、安全性高、环境友好，成本低，效率高，适合连续批量生产，可以获得形状记忆高分子薄膜、片材、板材和纤维等。所得新型材料性能优异，可调节范围广，应用前景巨大。

    本发明提出的新型形状记忆高分子微层复合材料，使用一种热塑性高分子弹性体和另一种在室温下处于结晶态或玻璃态的高分子树脂，通过共挤出方法使其以交替层状结构进行复合，材料中两种高分子组分呈现规则的双连续结构。材料中的热塑性弹性体层具有使发生形变的微层复合材料回复到原始形状的趋势，为回复层A。材料中的结晶态或玻璃态高分子层能够在特定温度下发生相态间（结晶态与熔融态或玻璃态与高弹态）的转变，从而冻结或解冻结微层复合材料的临时形状，为转换层B。

    本发明提出的新型形状记忆高分子微层复合材料由上述回复层A物料和上述转换层B物料经熔融塑化、上下层合并、n次分割和叠合，得到层数为2⁽ⁿ⁺¹⁾的两组分交替层状结构高分子复合材料，其中：n为0~12：

（1）所述回复层A物料选用具有良好回弹性能的热塑性弹性体；

（2）所述转换层B物料的模量在室温附近比回复层A物料的模量要高；

（3）所述回复层A物料与转换层B物料为不相容或部分相容高分子材料。

    本发明中，新型形状记忆高分子微层复合材料由回复层A和转换层B交替排列构成，材料形状记忆行为的启动温度为转换层B的熔融温度或玻璃化转变温度，材料的使用上限温度为回复层A丧失弹性的温度。通过升温至转换层B物料的熔融温度或玻璃化转变温度之上，实现形状记忆特性的启动。

    本发明中，通过改变回复层A物料和转换层B物料的体积比，实现对材料的形状回复率和形状固定率进行调节。

    本发明中，通过改变材料内部的微层数目，即回复层和转换层两者的数目，实现对材料的形状回复率和形状固定率进行调节。

    

    本发明中，所述回复层A的材料选用聚烯烃类热塑性弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体、含卤素热塑性弹性体、乙烯共聚物热塑性弹性体、动态硫化橡胶/热塑性塑料共混型热塑性弹性体、聚醚酯类热塑性弹性体、聚丙烯酸酯类热塑性弹性体或离聚体型热塑性弹性体中任一种或其共混改性物。