[发明专利]一种纳米颗粒改性聚氨酯形状记忆材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒改性聚氨酯形状记忆材料的制备方法，属于记忆材料制备领域。

背景技术

随着现代航天、航空、电子、机械、医学等高技术领域的飞速发展，传统的结构或功能材料已经不能满足高新技术的要求，智能材料作为一种新型材料，具备优异的力学性能和各种多功能特性，可以实现材料的多功能化、多智能化。形状记忆聚合物是一类非常优异的智能材料。但是形状记忆聚合物这种材料本身的力学性能较低，在实际应用中难以满足更高的要求，所以科学家们尝试加入各种增强材料来改善其低强度的力学性能，获得更好的多功能智能材料。

多面体低聚倍半硅氧烷是一种增强聚合物力学性能，提高其耐热性等综合性能的纳米级颗粒。为了更好的实现形状记忆复合材料的多功能特性，使其具有优异的力学性能和形状记忆回复性能。

形状记忆聚氨酯一般具有两相结构，即固定相和可逆相。聚氨酯的硬段部分通过氢键或结晶形成固定相，其作用是对于制品原始形状的记忆与回复；软段部分作为可逆相吸收施加到聚合物的应力，其作用是使制品产生变形并固定该形状。与形状记忆合金相比，形状记忆聚氨酯的优势是成本低，质量轻，并且其具有宽广的形状回复温度，高的形状回复率，良好的加工特性以及生物相容性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前聚氨酯形状记忆材料在性能方面存在恢复力小，恢复速率慢、不能循环多次使用且形状记忆材料本身力学性能、耐热性差的缺陷，提供了一种利用纳米颗粒改性聚氨酯形状记忆材料来改变其力学及耐热性能，所用的纳米颗粒为纳米多面体低聚倍半硅氧烷，由于多面体低聚倍半硅氧烷具有规整的笼状结构、纳米尺度以及与聚合物良好的相容性，利用其对聚氨酯记忆材料改性可以形成真正意义上的分子级复合，提高了记忆材料的热稳定性，机械强度，既解决了聚氨酯记忆材料恢复力小、恢复速率慢的问题，也解决了材料本身力学性能、耐热性差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）往1L烧杯中加入30～50g无水三氯化铁粉末，再依次倒入20～30mL质量浓度为30%的盐酸溶液，100～120mL无水甲醇和200～300mL石油醚，放置在磁力搅拌机上，以300～400r/min的转速搅拌10～20min后，通过移液管将20～30mL三氯甲烷逐滴滴入烧杯，继续搅拌10～20min；

（2）搅拌结束后，将150～200mL质量浓度为10%的乙烯基三氯硅烷石油醚溶液通过恒压滴液漏斗在6～8h内滴入烧杯中，搅拌2～3h后静置分层，分离得到有机层移入500mL圆底烧瓶中，加入5～10g碳酸钠和3～5g碳酸钙，用玻璃棒搅拌10～20min后放入旋转蒸发器，旋蒸析出固体颗粒，将得到的颗粒用马弗炉在300～400℃下煅烧1～2h得纳米多面体低聚倍半硅氧烷颗粒；

（3）称取50～100g聚己二酸丁二醇酯放入500mL烧杯中，移入水浴锅，加热升温至95～100℃，使其成为熔融状态，再放入浓缩罐中，减压至900～1000Pa，浓缩处理以去除水分和气泡，冷却至室温后，备用；

（4）称取50～80g上述预处理后的聚己二酸丁二醇酯加入到带有搅拌装置、滴液漏斗和温度计的500mL三口烧瓶中，倒入200～300mL甲苯，启动搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min；

（5）搅拌结束后，再取1～3g4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯分5～6次在30～50min内加进三口烧瓶中，立刻移入恒温箱中，设置温度为90～100℃，继续搅拌反应1～2h得预聚体；

（6）再称取1～2g三羟甲基丙烷晶体和3～5g上述制得的纳米多面体低聚倍半硅氧烷颗粒加进预聚体中，将烧瓶移入水浴锅中，升温至95～105℃，扩链反应20～40min，得改性后的混合物；

（7）将上述得到的改性混合物倒在已均匀涂抹过微晶石蜡的玻璃板上使其自然延流均匀，再将玻璃板平置于烘箱中，在120～140℃下熟化12～18h，取出后待其自然冷却后揭下，裁剪成1×5cm的长条状记忆材料，将长条状记忆材料加热至160～180℃后，叠合在一起合模加压3～5h，加压压力为0.3～0.5MPa，制成1～2mm厚的片材，即得一种纳米颗粒改性聚氨酯形状记忆材料。