[发明专利]一种多重响应形状记忆聚氨酯及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多重响应形状记忆聚氨酯及其制备方法和应用，属于高分子材料领域。本发明通过将异氰酸酯的共聚单体加入聚己内酯中来制备预聚物，然后将扩链剂和巯基单体混合并添加到预聚物中进行扩链反应以制备聚合物，然后固化成膜。本发明所得多重响应形状记忆聚氨酯膜表现出由水，热，氧化还原剂(NaHSO₃‑H₂O₂溶液)，UV光的多刺激响应形状记忆效应；具有较高的强度和较低的应力松弛行为，在柔性传感器和机器人领域具有很高的潜在应用前景。

技术领域

本发明具体涉及一种多重响应形状记忆聚氨酯及其制备方法和应用，属于高分子材料领域。

背景技术

形状记忆聚合物(SMP)是一种智能材料，凭借其独特的性能(例如形状记忆效应(SME)，高形变恢复性和广泛的适应性)以及在热敏设备中的广阔应用前景，引起了科学界的广泛关注，在生物医学设备，航空航天，智能纺织品和柔性电子产品领域具有广泛的应用前景。常规的SMPs在暴露于特定刺激下能够从暂时形状恢复到其原始形状。由于存在疏水性大分子网点和可逆性氢键(HBs，作为分子开关)，在水的轻度刺激下，水响应性SMP具有形状记忆效应。临时形状固定率(R_f)和形状恢复率(R_r)由SMP的网点和开关决定，它们被认为是水响应性SMP的SME最终决定因素。

尽管常规的水响应性SMP已在生物医学应用中进行了广泛的研究，但根据环境的需要，多刺激响应性形状记忆聚合物(MRSMP)可以对多种刺激做出响应，以达到恢复形状的目的。这些提高了常规SMP的智能性。因此，开发高智能的MRSMP具有巨大的意义和潜在价值。

但是，许多天然聚合物显示出各种SME特征。事实证明，经过数百万年的自然选择和淘汰，许多天然聚合物结构充满智慧，并能适应各种外部环境因素。刘发现孔雀羽毛棒的多孔泡沫具有对水的响应性，雨后变形的羽毛可以恢复到原来的形状。发现羽毛晶体提供了用于形状恢复的熵力，并且分子之间的HBs是用于形状固定和恢复的开关。胡发现，当蜘蛛丝β折叠蛋白形成并编织成蛛网时，蜘蛛后腿对蜘蛛丝有临时固定形状作用，有露水作用时蜘蛛网会收缩(形状恢复)。然后，胡提出了如图1所示的SMP的结构模型。因此，Xiao研究了含有α-角蛋白分子的动物毛的水响应性SME和第四刺激响应性SME。事实证明，骆驼毛纤维显示出强的水响应性SME，这是因为毛纤维中具有双网点(晶体+二硫键(DBs))和单开关(大量HBs)结构。它还具有良好的还原剂(亚硫酸氢钠)响应性能，这主要是由单晶点(结晶)和双开关(DBs+HBs)结构引起的。SME的热响应较弱是由于与热刺激有关的DB和HBs含量较低。弱紫外线响应的SME是由DB的低含量单开关引起的。因此，α-角蛋白纤维中的DBs(可逆共价键)在不同刺激下充当晶点和开关。进一步的研究发现它们分别对“热+水”，“UV+还原剂”和“溶剂+水”具有形状固定性和恢复作用。再次证明了HBs在SME过程中的重要性和DBs的双重身份，并且在SME中扩展了刺激响应型α-角蛋白纤维。可逆共价键在α-角蛋白纤维材料的多反应性SME中起重要作用。Song建议通过化学方法增加羊毛纤维中DBs的含量，以改善多重刺激下的SME。半胱氨改性的羊毛纤维在水和热条件下具有较高的形状恢复率，在氙气和氧化还原条件下具有较高的形状固定率。此外，Xiao发现，骆驼毛发在90％的拉伸形状恢复中具有最佳的水分诱导型SME。在用二硫化钠(SB)和溴化锂(LB)溶液浸泡后，由于分别破坏了部分结晶相和二硫化物交联，形状恢复率保持在60％和70％。这些动物毛发材料在不同环境中显示出重复的SME，这是由于其在网点和交换之间的角色转换。

发明内容