[发明专利]双向形状记忆聚合物，其生产方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种由双向形状记忆聚合物(bSMP)组成或者包含双向形状记忆聚合物的产品，其生产方法和应用。

背景技术

传统的形状记忆聚合物能够经历一种从一“程控的”临时形状到一记忆的永久形状的形变。然而，这是一种单程的效应，因为进一步的变形需要一个重新进行的热-机械程控过程。在单程形状记忆聚合物(SMPs)中，同一类型的转变区域提供两种功能：临时固定一种程控的临时形状以及弹性恢复永久形状(Lendlein,A.&Kelch,S.Shape-memory polymers.Angew.Chem.Int.Ed.41,2034-2057(2002))。转变区域的热转变(T_trans)，比如融化(T_m)或者玻璃化转变(T_g)，在形状记忆效应中扮演开关的角色。在施加外部应力下，形状A在T>T_trans的变形中，形成转变链段的聚合物链段是取向的，这导致熵的降低。降温到T<T_trans后会导致转变区域的固化，诸如结晶化或玻璃化，这种方法会将形状固定下来。这种形状记忆功能的形成过程被称为程控。在加热后，记忆的(永久)形状会恢复回来。在温度超过T_trans后，在熵增的驱使下，取向的链段会回弹，这将不可逆地消除掉临时形状的几何信息。因此，传统的单程形状记忆聚合物的形状记忆效应只能被引发一次。要通过形状记忆效应发生进一步的形变，就需要一种新的程控过程。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种聚合物或者一种包含该聚合物的产品，这种聚合物能够在两个形状之间进行可逆转变且不需要重新进行定形的过程(程控)。这种可逆转变在进行时不用施加外部应力。也就是说，提供一种能够独立进行双向形状记忆的聚合物(下文也称作bSMP)。

目前还没有解决这个问题。我们都知道，无应力的形状记忆聚合物在引入形状记忆效应后需要对临时形状进行新的程控，也就是说，该无应力的形状记忆聚合物是单向的。迄今为止，施加恒定应力已成为成功实现聚合物可逆转变的先决条件。

本发明在独立权利要求项中提供的一种产品，其制备方法和应用，解决了上述问题。本发明的优选实施方案在从属权利要求中做了详细说明。

本发明的产品由双向形状记忆聚合物(bSMP)组成或者包含双向形状记忆聚合物(bSMP)。所述的bSMP包括：

-具有一第一转变温度T_t,AD的第一相分离区域AD，该第一转变温度T_t,AD对应于所述第一区域AD中的结晶化转变或玻璃化转变；

-具有一第二转变温度T_t,SD的第二相分离区域SD，该第二转变温度T_t,SD对应于所述第二区域SD中的结晶化转变或玻璃化转变，所述的第二转变温度T_t,SD高于所述的第一转变温度T_t,AD，以及

-交联所述bSMP的聚合物链的共价键或物理键，所述的第一区域AD和所述的第二区域SD以这种方式相互连接；

其中，所述第二相分离区域SD形成一个至少有一部分嵌入到所述第一相分离区域AD的骨架，其中，形成所述第一区域AD的所述bSMP的聚合物链段实质上是沿同一个方向取向，这样所述bSMP就能在一第一温度T_high和一第二温度T_low间的(直接或间接)温度变化范围内，在所述第一温度T_high下的一第一形状A和所述第二温度T_low下的一第二形状B之间进行可逆的(双向的)形变，所述可逆形变是在无外部应力施加下由所述第一相分离区域AD的结晶和熔融或者玻璃化和熔融驱动，并且T_low<T_t,AD<T_high<T_t,SD。

本发明解决了可逆性的技术问题，同时还通过制备多相聚合物体系保持了形状，其中，一个相(下文称作骨架区域SD)负责保持形状，而另一个相(下文称作致动区域AD)起到可逆致动器的功能。迄今为止，在传统的单向SMPs中，一个相(转换相)被用来保持形状和致动。本发明通过将这两项功能分别设定在不同的相(或转变温度范围)上从而解决了该问题，这些不同的相在分子水平上是通过共价键合或物理的关系相互连接的。