[发明专利]通过热‑机械作用具有形状记忆的热塑性弹性体复合物

说明书

优先权要求

本申请要求于2011年5月31日提交的美国临时专利申请登记号61/491,361（代理机构案卷号12011010）以及于2011年10月21日提交的美国临时专利申请登记号61/549,809（代理机构案卷号12011019）的优先权，以上两篇通过参考结合于此。

发明领域

本发明涉及包含热诱导形状记忆的热塑性弹性体，也就是说，一种能通过热-机械作用保持改变的形状的能力以及一种在形状改变后也通过热-机械作用恢复到原始形状的能力。

发明背景

聚合物领域已经取得迅猛发展，使材料科学从19世纪的木材和金属转型为20世纪中叶的热固性聚合物的应用，再转型为20世纪后期热塑性聚合物的应用。

热塑性弹性体（TPE）将诸如硫化橡胶等热固性聚合物的弹性性质与热塑性聚合物的加工特性的益处组合起来。因此，TPE成为首选，因为可通过注塑设备将它们做成制品。

聚合物的世界也已开始探索“形状记忆效应”，即聚合物从一形状非永久的变形成为另一形状的一种能力，以及随后具有恢复至原始形状的能力。

具有形状记忆效应的聚合物是具有良好加工形貌的多相聚合物。这种形状记忆聚合物可以是通过电离辐射交联的用于制备热收缩膜的聚乙烯，或者用于医疗应用的聚氨酯嵌段共聚物。具有形状记忆效应的这些类型的聚合物肖氏A硬度至少为约70。

常规来说，如果所有聚合物本身都没有形状记忆效应，那么这些聚合物的共混物也无法取得形状记忆效应，因为在所述共混的聚合物的不同相之间没有共价键来控制所述网络形貌。

发明概述

本领域需要的是一种新的具有“形状记忆”的热塑性弹性体（TPE）复合物制剂。本发明的所述TPE复合物具有“可管理的形状记忆”。

本发明的“TPE”或“TPE复合物”指多于一种聚合物的共混物，其中至少一种是热塑性弹性体，其中所有的聚合物本身都没有形状记忆效应。共混物的一个益处是可以方便的调节所述复合物的可加工性和物理性能，不像单独的聚合物，只有有限的基于它们的形貌和流变性的加工和性能范围。

形状记忆效应没有单一的定义或单一的标准测试方法。因此，在本发明的说明书中，使用了具体的定义和具体设计的实验测试来清楚的描述本发明。

对于本发明的TPE，“形状记忆”指TPE具有一种能通过热-机械作用保持改变的形状的能力以及一种在形状改变后也通过热-机械作用恢复到原始形状的能力。

使用一种新设计的实验测试，以及术语“应变恢复率”和“应变固定率”来解释本发明的TPE。两种比率都基于应力测量和应变测量的比例。进行了4种测试：

D1，在再成形之前测量原始的或“基线”距离（或成形模式）；

D2，测量第一热-机械诱导的或“程序加热的”距离（或成形模式）作为第一再成形事件；

D3，测量第二热-机械诱导的或“程序冷却的”距离（或成形模式）作为第二再成形事件；

D4，测量第三热-机械诱导的或“最终的”距离（或成形模式）作为第三再成形事件；

基于上述D1-D44个测试，“应变恢复率”为：

Rr=(D2-D4)/(D2-D1)

换句话说，应变恢复率是程序加热的距离和最终的距离之差与程序加热的距离和基线距离之差的比例。通过任意一种表达方式，都能发现理想的恢复是最终的距离D4与基线距离D1相等的情况。因为TPE在机械应力下经过了2个不同的加热和冷却循环，任意高的应变恢复率大于0.65是可接受的，大于0.80是所需要的，大于0.90是真正杰出的。在本文中，“高”指至少为0.65或者65%；所需的至少为0.80或者80%；以及优选的至少为0.90或者90%。

同样基于上述D1-D44个测试，“应变固定率”为：

Rf=(D3-D1)/(D2-D1)

换句话说，应变固定率是程序冷却的距离和基线距离之差与程序加热的距离和基线距离之差的比例。通过任意一种表达方式，都能发现理想的恢复是程序加热的距离D3与程序冷却的距离D2相等的情况。因为TPE在机械应力下经过了2个不同的加热和冷却循环，任意高的应变固定率大于0.65是可接受的，大于0.80是所需要的，大于0.90是真正杰出的。在本文中，“高”指至少为0.65或者65%；所需的至少为0.80或者80%；以及优选的至少为0.90或者90%。