[发明专利]基于晶相转变的聚合物弹性体及其形状记忆行为调控方法

说明书

本发明涉及形状记忆弹性体技术，旨在提供一种基于晶相转变的聚合物弹性体及其形状记忆行为调控方法。该聚合物弹性体是由具备晶型I和晶型II的多晶型聚丁烯‑1经化学交联制得，其中晶型I的熔点为122～129℃，晶型II的熔点为102～108℃；该聚合物弹性体能随环境温度和退火时间的不同产生晶型转变和熔点变化，从而实现其形状记忆行为的调控。本发明基于多晶型聚合物的自发晶型转变，无需外部试剂参与，实现了弹性体熔点和形状记忆行为的连续调控。可在两种晶型熔点之上完全消除热历史，实现循环使用和再编程。制备流程简单，有利于大规模制备。

技术领域

本发明涉及形状记忆弹性体技术，更具体地说涉及一种基于多晶型聚合物的晶相转变实现弹性体形状记忆行为可调可变的方法。

背景技术

形状记忆聚合物作为一种新型智能聚合物材料，能在外界环境条件(温度、光、电、磁、溶液等)变化的刺激下，实现材料微观结构和宏观形状的回复。由发现至今，国内外学者发展了多种不同形状记忆聚合物材料以满足应用需求。形状记忆聚合物及其复合材料已经被应用于航空航天、生物医学、智能制造、仿生学、纺织和结构工程等领域。

传统意义上的形状记忆聚合物在样品制备完成后便具有了特定的形状记忆行为，包括热转变温度、形状回复率等。这是因为大部分高分子在加工完成后，具有稳定不变的热性能，而形状记忆聚合物在不同领域的应用性和适配度正是由其热转变温度和形状回复程度决定的。因此要开发适合不同应用场合的形状记忆聚合物往往需要重新设计其化学结构和加工流程，这无疑为原料的选择、工艺的搭建增加了诸多的困难。

近年来，备受关注的动态共价键由于其高度可控的键交换反应，赋予高分子材料成型后性能可调、可再加工等特性。例如，Pan课题组在2020年利用酯交换反应制备了系列无规共聚物，用于构筑具有可控变形温度的形状记忆材料(Pan等,ACS Macro Lett.,2020,9,588-594)。Xie课题组提出拓扑异构高分子网络的概念，通过侧链可发生酯交换反应的高分子网络，分别构建了接枝链长异构体系和网络拓扑缺陷异构体系，实现了材料熔点、模量、形状记忆行为等的连续精准调控(Xie等,Sci.Adv.,2020,6,eaaz2362；Xie等,Nat.Commun.,2020,11,4257)。

尽管如此，上述所有聚合物弹性体形状记忆行为的调控方法都存在一些局限。一方面是上述体系通常需要外部试剂(如催化剂)参与调控过程；另一方面是上述调控过程只能单向发生，最终达到一个热力学稳态的终点，即不具有循环利用和再编程性。由上所述，针对聚合物弹性体设计一种自主的、可再编程的形状记忆行为调控方法仍具有很大挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于晶相转变的聚合物弹性体及其形状记忆行为调控方法。本发明通过聚丁烯-1在不同退火温度/时间下形成不同熔点的晶型，使弹性体展现出差异化的形状记忆行为。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于晶相转变的聚合物弹性体，该聚合物弹性体是由具备晶型I和晶型II的多晶型聚丁烯-1经化学交联制得，其中晶型I的熔点为122～129℃，晶型II的熔点为102～108℃；该聚合物弹性体能随环境温度和退火时间的不同产生晶型转变和熔点变化，从而实现其形状记忆行为的调控。

本发明进一步提供了所述基于晶相转变的聚合物弹性体的制备方法，是下述方案中的任意一种：

方案一：将交联剂和交联助剂加入丙酮中并充分溶解，混合溶液中交联剂和交联助剂的总质量浓度为0.2g/ml；将多晶型聚丁烯-1置于开炼机中，在115℃的条件下混炼10分钟；然后逐滴加入混合溶液，滴加完成后继续混炼10分钟得到共混物；将共混物在150℃、10MPa的条件下热压20分钟，得到具备永久形状A的聚合物弹性体；或者，