[发明专利]一种力学性能可转变的动态相变凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种力学性能可转变的动态相变凝胶及其制备方法，属于功能复合材料领域。本发明提供一种动态相变凝胶，所述动态相变凝胶以相变材料和能够形成三维网络结构的前驱体为原料，所述前驱体以熔融的相变材料为凝胶介质原位聚合交联形成三维交联网络结构，所得三维交联网络结构则对相变材料原位封装形成所述动态相变凝胶。本发明相变材料中通过原位聚合交联的方式引入三维网络结构从而得到力学性能可转变的动态相变凝胶，原位形成的交联网络既可防止相变材料熔融后的泄露问题又能保证复合材料整体的力学均匀性；所得动态相变凝胶在相变前后能够发生10⁵级别的可逆模量改变，由此可通过外界刺激按需调节相变凝胶的模量和刚度。

技术领域

本发明涉及一种力学性能可转变的动态相变凝胶及其制备方法，属于功能复合材料领域。

背景技术

相比于传统的刚性电子或软材料，力学性能可转变(模量的转变、刚度的转变)的动态材料可以适应较为复杂的外部环境，在智能柔性材料领域显示出巨大的潜在应用价值。力学性能转变最直接的表现为材料刚度的转变。目前实现材料在外界刺激下的刚度转变主要通过以下方式：

1、电流体或磁流体，其在高电场或磁场下会发生粘度的改变，进而改变材料的宏观力学状态，但是往往需要刚性的电磁体或高压电容器等附件。

2、可逆的动态共价或非共价键，键的强度会影响材料的力学性能，利用这些可逆键能够实现材料在特定刺激下的力学转变。然而，这些动态键策略通常取决于复杂的分子设计和化学改性。

3、聚合物的玻璃化转变，利用聚合物的玻璃化转变特性能够实现材料在热刺激下的模量改变，因其仅仅涉及到热刺激而得到广泛应用。但是玻璃化转变一般仅仅能够引起模量10²的变化，不能满足更为复杂的领域的需求。

与玻璃化转变对比，结晶性聚合物在发生结晶-熔融或者熔融-结晶转变过程中能够发生更大程度的刚度改变，因此在实现复合材料宏观力学性能转变方面具有更大的前景，但是目前基于聚合物相变构建力学性能转变材料还比较少见。

结晶性聚合物发生相变转变为液态后会发生泄露，这成为限制其力学性能转变应用的主要原因。目前解决泄露主要是通过与高熔点或交联聚合物共混、微胶囊等方式。但是这些方法都存在制备复杂或封装效果差等问题，而且会引起复合材料力学不均匀。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种力学性能可转变(所述力学性能可转变即材料能够根据不同应用场景的要求，在外界刺激下按需调控其力学性能，如可实现由软到硬或由硬到软的转变。)的动态相变凝胶及其制备方法，即在相变材料中通过原位聚合交联的方式引入三维网络结构从而得到力学性能可转变的动态相变凝胶，原位形成的交联网络既可防止相变材料熔融后的泄露问题又能保证复合材料整体的力学均匀性；所得动态相变凝胶在相变前后能够发生10⁵级别的可逆模量改变，由此可通过外界刺激(光或热刺激)按需调节相变凝胶的模量和刚度。

本发明采用的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种动态相变凝胶，所述动态相变凝胶以相变材料和能够形成三维网络结构的前驱体为原料，所述前驱体以熔融的相变材料为凝胶介质原位聚合交联形成三维交联网络结构，所得三维交联网络结构则对相变材料原位封装形成所述动态相变凝胶。

进一步，所述相变材料为聚乙二醇(PEG)。优选的，所述聚乙二醇的数均分子量800～20000。

进一步，所述能够形成三维网络结构的前驱体为能够在热引发或光引发的作用下形成三维网络结构的物质。

进一步，所述能够形成三维网络结构的前驱体采用下述方法制得：常温下，将单体、交联剂、引发剂和水充分混匀(可采用先混合再超声处理)制得；其中，所述单体为丙烯酸或丙烯酰胺，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或其他二乙烯基交联剂，引发剂为无机过氧化物或有机过氧化物引发剂或光引发剂；优选的，所述引发剂为过硫酸铵。