[发明专利]一种具有三重形状记忆效应的聚合物材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种双组份结晶的三重形状记忆聚合物材料及其制备方法与应用，其中，所述聚合物材料由包括结晶性交联聚合物和结晶性小分子有机物的原料制得，其中，所述结晶性交联聚合物与结晶性小分子有机物的结晶熔融温度之差大于等于20℃，这样，两种组分分别单独结晶，得到两种相互独立的晶区，而每个晶区的响应温度(结晶熔融温度)不同，从而赋予材料多次形状记忆，即在多个形状之间沿不同方向进行记忆回复，甚至可以在完全相反的方向记忆回复。本发明所述材料的制备简单，无需复杂且时间较长的化学反应过程。

技术领域

本发明涉及形状记忆材料，尤其涉及具有三重形状记忆效应的聚合物材料，具体的，涉及一种双组份结晶的三重形状记忆聚合物材料及其制备方法。

背景技术

形状记忆材料是一种能够感知并响应环境变化(如温度、光、电磁、溶剂等)，发生形状转变(形状固定或回复)的智能材料。形状记忆聚合物因其变形量大、加工成型容易、质轻价廉等优点，广泛应用于纺织、航空航天、4D打印和生物医学等各个领域。

其中，双重形状记忆仅可以记忆单个临时形状，而目前现有技术公开的三重形状记忆也仅可以实现单方向逐渐展开的回复，例如，公开号为CN109401233A、CN101985518A和CN106977885A均公开了一种具有形状记忆功能的材料，但是所述形状记忆功能较为单一，只能进行单一的形状记忆。但是面对更加灵活的应用需求，如何记忆更复杂的形状，和如何实现多方向的回复，成为我们需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明利用双组分结晶构建热引发三重形状记忆材料。其中，体系内双组分的结晶熔融温度相差较大，使得两者在降温的过程中分别独立地进行结晶，而每个晶区的响应温度(结晶熔融温度)不同，从而赋予材料多次形状记忆，即在多个形状之间转变。

本发明是采用交联聚合物与小分子有机物复合，其一是利用交联聚合物的回弹性，其二是小分子有机物与交联聚合物能够更好地混合形成互穿体系。

本发明的目的之一是提供一种具有三重形状记忆效应的聚合物材料，所述聚合物材料包括有结晶性交联聚合物和结晶性小分子有机物，其中，所述结晶性交联聚合物与结晶性小分子有机物的结晶熔融温度之差大于等于20℃，优选大于等于30℃，更优选大于等于40℃。

其中，所述结晶性交联聚合物与结晶性小分子有机物在降温过程中均可实现结晶，为了使两种结晶相互独立互不影响，使其结晶熔融温度的差值≥20℃。这样，材料中含有两个单独的晶区，每个晶区的响应温度(结晶熔融温度)不同，可以赋予材料多重温度响应性，可以在多个形状之间转变，即实现多重形状记忆效应。

具体参见图1，A表示环境温度高于结晶性小分子有机物的结晶熔融温度时，得到原始形状；B表示改变原始形状后，进行降温处理至低于结晶性小分子有机物的结晶熔融温度、高于结晶性交联聚合物的结晶熔融温度，结晶性小分子有机物发生结晶，进行固定得到临时形状一；C表示改变临时形状一后，降温至低于结晶性交联聚合物的结晶熔融温度，交联聚合物发生结晶，进行固定得到临时形状二；D表示升温至结晶性交联聚合物的结晶熔融温度之上，交联聚合物的结晶融化，形状恢复至接近临时形状一；E表示继续升温至结晶性小分子有机物的结晶熔融温度之上，小分子结晶融化，形状恢复至接近原始形状。因此，本发明所述材料具有三重形状记忆，三重形状分别为原始形状、临时形状一和临时形状二。

根据本发明一种优选的实施方式，所述结晶性交联聚合物的结晶熔融温度为-35～35℃。

在进一步优选的实施方式中，所述结晶性交联聚合物的结晶熔融温度-25～25℃。

根据本发明一种优选的实施方式，所述结晶性交联聚合物选自天然橡胶、聚乙烯-辛烯共聚物、氯丁橡胶和反式异戊橡胶中的一种或多种。

在进一步优选的实施方式中，所述结晶性交联聚合物选自聚乙烯-辛烯共聚物、天然橡胶和反式异戊橡胶中的一种或多种。