[发明专利]一种具有形状记忆性能的互穿网络聚合物的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有形状记忆性能的互穿网络聚合物的制备方法，是先以聚丁二醇和甲苯二异氰酸酯为原料制得超支化聚氨酯预聚体，再与双酚A型环氧树脂中的羟基很好的完成接枝反应，得到接枝互穿网络聚合物。实验表明，聚氨酯基聚合物的形状固定率在98.6％~99.3％之间，形状回复率在97％~99.7％之间，表现出优异的形状记忆性能。而且其机械强度，弹性模量及热稳定性等都具有明显的提高具有明显的提高。

技术领域

本发明涉及一种互穿网络聚合物，尤其涉及一种具有形状记忆性能的互穿网络聚合物及其制备方法，属于聚合物合成技术领域。

技术领域

形状记忆聚合物（SMP）是一种在外界环境刺激下，如热、光、湿、电磁场、pH等，能够调节自身形状的智能材料。形状记忆聚合物主要是由软段和硬段组成，存在微相分离，可以通过分子设计对聚合物的记忆温度、机械性能等作出相应的调节。作为一种新型的刺激响应型材料，目前的研究主要集中在医疗设备、纺织品、高温执行器、航空航天等领域，这些领域对相变温度、热性能和机械强度提出了更高的要求。聚氨酯（PU）是一种最常见的形状记忆聚合物，由于其优异的综合性能而备受关注。然而，它们也存在不足之处，如低刚度、低抗拉强度等可能会限制它们在某些领域的应用并制约其进一步的发展。功能填料改性改善PU的力学和热学等性能是常用的手段之一，但是这需要考虑到填料的相容性和分散性等因素，甚至会对聚合物的形状记忆性能产生一定的影响，因为填料会阻碍聚合物链段的运动，导致形状恢复过程的延迟。

为了避免在PU中引入填料存在的缺点，就需要一种新的方法解决其低刚度、低抗拉强度等问题。互穿聚合物网络（IPNs）是由两个或多个聚合物网络相互渗透和纠缠形成的一种新型聚合物共混技术，具有强制溶解和协同作用的特点。环氧树脂（EP）具有优异的粘合性、机械性能、易加工和成型性等特点，与PU也具有极好的相容性。聚氨酯分子链在环氧树脂网络中产生物理缠绕以及接枝反应生成化学交联点，形成互穿网络聚合物。用IPNs技术制备的复合材料，可以有效地改善其机械强度和热学性能，相较于以往在PU中添加填料的方式，不仅能保持极好的机械强度和热学性能，而且其形状记忆性能也将会有较大的提升。此外，在以往的研究中，IPNs的研究主要集中在力学性能和阻尼性能上，而对形状记忆性能的研究却很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有形状记忆性能的聚氨酯基互穿网络聚合物的制备方法。

一、聚氨酯基互穿网络聚合物的制备

本发明一种具有形状记忆性能的互穿网络聚合物复合材料的制备，包括以下步骤：

（1）将聚丁二醇加入到甲苯二异氰酸酯，在氮气气氛下加热至50~60℃，搅拌1~2小时；再加入1,3,5-三(2-羟乙基)氰尿酸，升温至80~100℃，搅拌3~5小时，得到超支化聚氨酯预聚体。

所述聚丁二醇的平均分子量为1950~2050 g/mol（羟基数为54.7-57.5 mgKOH/g）。

聚丁二醇与甲苯二异氰酸酯的摩尔比为1:0.2~1:0.8。

1,3,5-三(2-羟乙基)氰尿酸与甲苯二异氰酸酯的摩尔比为1:3~1:12。

（2）向超支化聚氨酯预聚体中加入双酚A型环氧树脂，搅拌5~10 分钟，然后加入4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷，搅拌3~5分钟后放入模具，并在100~130℃的烘箱中固化8~12小时，即得互穿网络聚合物。

双酚A型环氧树脂型号为E51（环氧值为0.48~0.54eq/100g），双酚A型环氧树脂与超支化聚氨酯预聚体的质量比为1:1~1:4

所述4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷为固化剂，其质量为环氧树脂的0.3~0.5倍。