[发明专利]一种光热图案化自增强聚合物材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光热图案化自增强聚合物材料及其制备方法，属于自增强高分子材料技术领域。其包括以下原料：聚合后侧链含有酯键的单体、引发剂、光热转换填料、酯交换反应催化剂和交联剂。通过自身交联聚合反应以及在热或光照条件的酯交换反应，获得局部可实现图案化自增强的聚合物材料，使得同一材料上具有两种不同的性质，满足了对材料的智能化需求。本发明的聚合物材料制备方法简单易操作，能够得到同时具有不同软硬程度以及特定图案的智能聚合物材料，实用性强，且具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及自增强高分子材料技术领域，具体涉及一种光热图案化自增强聚合物材料及其制备方法。

背景技术

自然界的生物能实时的改变身体结构中局部组织的强度，以适应生存中的各种功能需求，比如支撑、防护、攻击等。而目前所有的人工合成材料都不具备这样的自适应性自增强功能。当某一个器件同时需要柔软部分和坚硬部分时，只能通过粘接、拼装的方式将不同机械性能的材料组合在一起使用。这就引发了进一步的粘接和拼装工艺问题，以及物料损失浪费问题。此外，硬材料往往难以加工成型，在制作器件时也无法根据需要变形弯曲，软材料虽然能轻松的制作复杂的形状，但是其形状不易保持。

因此，制备一种初期柔软的材料，在制作成复杂形状的器件后，根据器件功能需求，进行局部增强，得到一个软硬部分一体化的器件，具有重大意义。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种光热图案化自增强聚合物材料及其制备方法，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种光热图案化自增强聚合物材料，其包括以下原料：按质量百分比计算，聚合后侧链含有酯键的单体90％-98％、引发剂0.01％-1％、光热转换填料0％-5％、酯交换反应催化剂0.5％-5％和交联剂0.5％-1％。

本发明以聚合后侧链含有酯键的单体为单体原料在引发剂以及交联剂的作用下进行交联聚合反应，然后在酯交换反应催化剂作用下通过局部加热或光照，引发该局部聚合后两个侧链上含有的酯键发生酯交换反应，脱出一分子二醇，使得两个侧链所在的分子链被新生成的酯键连接起来，形成一个新交联点，而该新形成的交联点在原有聚合郊联体的基础上强度进一步得到提高，由此得到一种可以通过光或热引发的光热图案化自增强聚合物材料。

本发明还可以选择性地添加光热转换填料，通过光照对材料的图案化自增强效果进行控制，相比加热的方式促进酯键生产，光可控性更强、操作更便利。当原料中加入光热转换填料时，配合具有特定图案的掩模板用光照对其进行局部照射，从而在照射区域获得具有相应图案，与此同时，被辐照部位发生光热转变，被加热发生酯交换反应变硬，而未辐照区域机械性能不变，最终实现材料的图案化和自增强效果。

本发明采用一类单体在聚合后侧链含有酯键的这一特性，使其通过自身交联聚合反应以及在热或光照条件的酯交换反应，获得局部可实现图案化自增强的聚合物材料，使得同一材料上具有两种不同的性质，满足了对材料的智能化需求。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述聚合后侧链含有酯键的单体为丙烯酸酯类单体。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述丙烯酸酯类单体为丙烯酸羟丁酯或丙烯酸羟乙酯。

本发明包括但不限于上述丙烯酸羟丁酯或丙烯酸羟乙酯作为单体，还可以是其他聚合后侧链含有酯键的单体。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述引发剂为光引发剂或热引发剂。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述光引发剂为2-羟基-1-甲基-1-苯基-1-丙酮，所述热引发剂为偶氮二异丁腈。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述光热转换填料为石墨烯、聚多巴胺、金纳米颗粒或金纳米棒。