[发明专利]具有高温恢复能力的形状记忆聚氨酯

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域。具体涉及一种具有高温恢复能力的形状记忆聚氨酯材料。

背景技术

形状记忆聚氨酯材料是一种新型的功能材料，具有许多优良的综合性能。形状记忆材料是指具有初始形状,经形变并固定之后，可以通过加热等方法改变外部条件使其恢复初始形状的一类新型材料。自法国的ORKEM公司1984年开发出第一例形状记忆聚合物（SMP）聚降冰片烯以来，目前得到应用的形状记忆高分子材料已有聚降冰片烯、反式1,4-聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯、聚氨酯等,此外含氟高聚物、聚己内酯、聚酰胺等也具有形状记忆功能。在许多材料之中，形状记忆聚氨酯以其优异的性能成为SMP研究的热点，与其他SMP相比，形状记忆聚氨酯（SMPU）具有下列优点:（1）具有热塑性，加工容易；（2）原料配比变化多，形状恢复温度在30～80℃，易于调整；（3）变形率大，最大可达400%；（4）质轻，相对密度约为1.1～1.2；（5）成本低，为形状记忆合金的1/10以下。因此，形状记忆聚氨酯（SMPU）成为了使用价值最高、应用研究最为广泛的热致感应型形状记忆高分子材料。

虽然有这么多优点，但传统的形状记忆聚氨酯材料有着较大缺陷，首先是其玻璃化转变温度较低，一般在50℃以下，在40℃时，一些聚氨酯材料就开始软化；其次，传统的聚氨酯材料不耐高温，超过80℃就失去了形状恢复能力，因此开发一种具有高温恢复能力的形状记忆聚氨酯材料有重要的应用价值。

本发明通过加入辐照活化的碳纤维作为增强体，制备了一种具有高温恢复能力的聚氨酯形状记忆材料，该材料能够克服普通SMPU玻璃化转变温度较低引起的使用限制。另外采用活化碳纤维为填料很大程度上解决了普通SMPU力学性能较差的问题，大大提高了SMPU材料的抗拉强度。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种具有高温恢复能力的形状记忆聚氨酯材料，该材料由以下步骤得到：

1 碳纤维的活化处理

在室温下将所需活化的碳纤维在放射线Co射线照射下活化；

2 聚己二酸己二醇酯的合成与纯化处理

在装有搅拌器，油水分离器，氮气管的四口瓶中，加入己二醇、丁二酸、己二酸，酸和醇的物质的量相等，氯化亚锡为催化剂，十氢萘为溶剂，油浴加热，控制温度，反应完全后，将产物转移至烧杯中，加入三氯甲烷溶解，过滤除去杂质，再用甲醇处理滤液，产生沉淀，将沉淀真空干燥，得到白色固体，该物质即为聚己二酸己二醇酯。将已经合成的聚己二酸己二醇酯放于四径瓶内加热融化，高温下抽真空至没有气泡产生，将水份全部脱除。

3 形状记忆聚氨酯的原位合成

在装有搅拌器，冷凝管，温度计的四径瓶内加入纯化处理过的聚己二酸己二醇酯，加入计量好的甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI），快速反应后得到预聚体。按配比将活化碳纤维加入预聚体中反应，并进行乳化处理。测定预聚体中-NCO%，然后根据所测得的-NCO%，计算出扩链剂（1,4-丁二醇）的量，加入扩链剂后将其放于模具中，在烘箱中进一步聚合成具有形状记忆功能的聚氨酯，由模具定型的形状就可以记忆了，高温将该聚氨酯揉搓变形后，低温下该聚氨酯又恢复到原始模具定型的形状。

其中步骤1中Co射线的辐照强度为1.25kGy／h，辐照处理时间为80小时。

其中步骤2中，反应容器为250mL四口瓶，加入0.20 mol己二醇，丁二酸与己二酸物质的量的比例为1:9，酸和醇的物质的量相等，氯化亚锡为0.02mmol，十氢萘为100 mL，反应温度如下控制：先在150～160℃反应2小时，再在190～200℃反应12小时，三氯甲烷为150 mL，沉淀剂甲醇为500mL，沉淀在60℃真空干燥24小时。纯化脱水温度在105℃，真空度为0.09MPa。

其中步骤3中，甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）的加入量为聚己二酸己二醇酯物质的量的1.04倍，TDI加入的温度控制在60℃，在80℃下快速搅拌溶液反应2小时后得到预聚体，此时加入活化碳纤维，碳纤维的掺入量为聚己二酸己二醇酯与TDI质量之和的1％，活化碳纤维的长度为2mm，在80℃下预聚体与碳纤维继续反应1小时，同时进行乳化处理。加入扩链剂后预聚体在烘箱中的反应温度为120℃，反应时间为30分钟。

本发明的具有高温恢复能力的形状记忆聚氨酯的优点如下：

1、本发明通过在聚氨酯中原位加入辐照活化的碳纤维作为增强体，大大提高了聚氨酯材料形状记忆恢复温度，测试表明，辐照活化碳纤维增强的聚氨酯在170℃下放置后仍具有恢复形变的能力，这大大扩展了聚氨酯形状记忆材料的适用范围和领域。