[发明专利]一种聚氨酯形状记忆高分子材料及其合成工艺

说明书

所属技术领域：

本发明涉及温控型形状记忆聚合物的制备技术领域，具体涉及一种聚氨酯形状记忆高分子材料及其合成工艺。

背景技术：

形状记忆高分子或形状记忆聚合物(SMP，Shape Memory Polymer)作为一种功能性高分子材料，是高分子材料研究、开发、应用的一个新分支。自从20世纪60年代Ni-Ti合金的形状记忆功能被发现后，形状记忆材料便以其特殊性能引起世界广泛关注。1981年Ota.SL1等通过辐射法使制得的交联聚乙烯具有特殊的热回复形状记忆效应，成为世界上第一例形状记忆高分子材料。SMP与形状记忆合金(SMA)相比，具有变形量大、赋形容易、形状记忆温度易于调整、电绝缘性和保温效果好、质轻价廉等诸多优点，可广泛用于医疗卫生、体育运动、民用建筑、汽车、军事及航天航空等领域，所以自上世纪80年代以来，SMP引起人们的极大兴趣，成为异军突起的一类新型智能材料。

所谓形状记忆性，是指具有初始形状(起始态)的制品经形变固定(变形态)后，通过光、热、电、酸碱度(pH值)、相转变反应等外部刺激手段的处理又可恢复其初始形状的特性，从而完成“记忆起始态-固定变形态-恢复起始态”形状记忆的循环过程；具有该特性的高分子分别称为光致、热致、电致和化学感应型SMP。其中热致型SMP以温度控制形状记忆行为，操作简便，材料加工容易，最具开发潜力。其应用前景极为广阔，已广泛应用于建筑、医学、纺织及包装等行业。

形状记忆高分子材料在纺织服装方面主要应用于织物的整理加工，例如生产皮革、服装面料等，既可以纺丝以赋予纱线记忆功能，也可以作为织物涂层剂进行功能性涂层，对织物进行形状记忆整理。目前的研究大多集中于形状记忆聚氨酯这种高分子材料上，对这种材料的应用研究又主要集中为在防水透气织物中的应用和在防皱整理中的应用。从已研究出的形状记忆聚氨酯高分子材料看，现有技术存在的问题是：(1)形状记忆效果不理想：临界记忆温度还不够精确，对环境温度变化所能做出的响应精度也不高，形状记忆材料还都只是单向记忆，即只能记忆并恢复低温形状。(2)产品的防水、透气和透湿效果还不够理想：透气效果主要依靠控制PUs分子之间的间距来实现，但因其临界记忆温度还不够精确，防水、透气和透湿功能还存在着不足。(3)织物经整理后往往有色变现象：因为目前所了解的形状记忆聚氨酯的合成中，所采用的羟基化合物大都为二元醇，其中以聚乙二醇(PEG)为主，然而，用PEG作为形状记忆聚氨酯的合成中间单体，分子量小，不能形成三位网状结构，而且当PEG分子量大于700时，为蜡质半固态，晶态部分增多，不但使合成操作不便，而且制造的整理剂多维性差，在织物上成膜后的低温柔韧性差，因此织物经这种整理剂整理后往往有色变现象。(4)实用价值小：由于合成工艺不合理，导致现有产品还不能走向工业化。

发明内容：

本发明要克服现有技术存在的形状记忆效果不理想，产品的防水、透气和透湿效果不理想，织物经整理后往往有色变现象和实用价值小的问题。

为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种聚氨酯形状记忆高分子材料，由下述工艺合成而成，合成工艺依次包括下述步骤，

(1)原料真空脱水：N，N二甲基甲酰胺和14-丁二醇干燥，多元醇在100-130℃的条件下抽真空脱水1.5-3h(水分小于0.01％)；

(2)预聚反应：N₂保护的条件下加入2，4-甲苯二异氰酸酯20-40克和DMF20-35ml，滴加计量的多元醇80-150克，在65-80℃搅拌反应1.5-3h得预聚物；

(3)扩链反应：将1-5克1，4-BDO和二羟甲基丙酸(DMPA)20-50克加入反应器中进行扩链反应1-3h，得到扩链后的产物；

(4)中和反应：用三乙胺(TEA)10-40克完全中和DMPA的羧基，中和反应在20-50℃下进行15-30min，同时加入300-1000ml的水，最后溶液的质量浓度为15-25％。

一种聚氨酯形状记忆高分子材料的合成工艺，依次包括下述步骤，

(1)原料真空脱水：N，N二甲基甲酰胺和14-丁二醇干燥，多元醇在100-130℃的条件下抽真空脱水1.5-3h(水分小于0.01％)；

(2)预聚反应：N₂保护的条件下加入2，4-甲苯二异氰酸酯20-40克和DMF20-35ml，滴加计量的多元醇80-150克，在65-80℃搅拌反应1.5-3h得预聚物；