[发明专利]一种快速水响应形状记忆复合材料及其制备方法

说明书

一种快速水响应形状记忆复合材料及其制备方法，将填充材料加入到含有去离子水的烧瓶中，持续超声搅拌，直至得到均匀的分散液；将天然亲水性高分子加至步骤1)的分散液中，搅拌直至溶解；然后加入化学交联剂，在40‑100℃温度条件下搅拌2‑8h后干燥即可；按质量百分数计，天然亲水性高分子的质量百分数为70％‑99％，化学交联剂的质量百分数为0‑20％，填充材料的质量百分数为0‑20％，化学交联剂和填充材料的质量百分数不同时为0。本发明所制备复合材料具有较高的拉伸强度，最高可达100MPa以上；同时其室温下的拉伸模量可达1.5GPa以上，在作为结构材料使用时能够保证构件的尺寸稳定性。

技术领域

本发明涉及一种形状记忆聚合物复合材料，尤其涉及一种快速水响应形状记忆复合材料及其制备方法。

背景技术

形状记忆聚合物(Shape memory polymer)是一种刺激响应性智能材料，指具有初始形状的聚合物材料，在外界条件作用下发生形状变化并保持该暂时形状后，能够感知并响应外界变化的刺激，从而回复到原始形状。与形状记忆陶瓷和形状记忆合金相比，形状记忆聚合物具有形变量大、原料广泛、密度小、结构可设计性强、易加工等优点。形状记忆聚合物的这些优点，使其在生物医用材料、航天航空材料、智能纺织材料、电子器件等领域有着广泛的应用前景。

传统的形状记忆聚合物主要为热响应型，即通过热刺激的方式实现材料形状的可逆回复。例如JingsongLeng等报道了一种高温形状记忆聚酰亚胺，其响应温度可以达到300℃以上，在航天航空领域有着潜在的应用前景。但是在某些应用领域，如生物医学领域，直接加热的方式并不适用，因此水响应形状记忆聚合物越来越受学术界和工业界的重视。当今不少国内外研究单位如新加坡南洋理工大学、韩国建国大学、香港理工大学及四川大学等开展了一系列关于水响应形状记忆聚合物的研究。

Mather等以聚己内酯-聚乙二醇嵌段共聚物制备了一种热塑性聚氨酯，能够实现室温下水响应形状记忆性能。Qiang Fu等研发了一种聚乙烯醇/氧化石墨烯聚合物复合材料，研究了氧化石墨烯含量对材料水响应回复速度的影响。Johan等则通过向形状记忆聚氨酯中引入棉纤维纳米晶须实现了材料水响应性能。水响应形状记忆聚合物的实现机制主要来源于水分子的塑化作用。水分子通过扩散作用进入聚合物网络，增加了聚合物的自由体积，降低了材料的转变温度和模量，从而使材料回复至原始形状。然而目前已报道的成果在形状记忆性能、机械强度或制备方法上都存在着一些的不足。为了提高该智能材料在实际生产生活中的应用，所使用的材料不仅要有较高的回复率和回复速度，同时还要兼顾实际应用所需的机械性能、生物相容性等方面的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，旨在提供一种快速水响应形状记忆复合材料及其制备方法，该复合材料可以实现室温下的水响应及湿度响应形状记忆性能，具有较高的机械强度，没有强的温度依赖性，实用性好，适用范围广，可以在医学、纺织材料及传感器等领域得到应用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种快速水响应形状记忆复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将填充材料加入到含有去离子水的烧瓶中，持续超声搅拌，直至得到均匀的分散液；

2)将天然亲水性高分子加至步骤1)的分散液中，搅拌直至溶解；然后加入化学交联剂，在40-100℃温度条件下搅拌2-8h后干燥，得到具有水响应形状记忆性能的聚合物复合材料；

其中，按质量百分数计，天然亲水性高分子的质量百分数为70％-99％，化学交联剂的质量百分数为0-20％，填充材料的质量百分数为0-20％，化学交联剂和填充材料的质量百分数不同时为0。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中超声的功率为500W，时间为0.5-5h。