一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料，主要由热塑性高分子弹性体和结晶性小分子脂肪酸盐共混制备而成，也可添加其他助剂。其中，热塑性高分子弹性体起到回复原始形状的作用，而结晶性小分子脂肪酸盐起到固定临时形状的作用，两者共同作用产生形状记忆效应。本发明专利技术采用物理熔融共混的方法将结晶性小分子脂肪酸盐引入到热塑性高分子弹性体中，制备效率高，不使用任何溶剂，环境友好，适合大批量生产。

A Shape Memory Polymer Composite with Fatty Acid Salt as Reversible Phase

【技术实现步骤摘要】
一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料
本专利技术涉及形状记忆材料领域，尤其是涉及一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料。
技术介绍
形状记忆高分子材料是一种能够随外界条件的改变而作出响应，实现形状的固定和回复的高分子智能材料。根据提供刺激响应的不同可分为热致型、电磁感应型、光致型和化学感应型等，在外界的温度、磁场、光照、化学环境等达到特定条件时，材料能对其自身的状态(如形状、尺寸、位置等)进行调整，实现材料的形状记忆效应。与形状记忆合金和形状记忆陶瓷相比，形状记忆高分子复合材料具有质量轻、制备工艺简单、形变量大、响应条件多样、形状转变温度可调等优点，具有非常广阔的应用前景。形状记忆高分子材料的传统制备方式多为化学合成方法，所得材料为硬段和软段交替排列的多嵌锻共聚物。硬段用来维持材料的永久形状，而软段通过结晶或者是玻璃化转变来固定材料的临时形状。通过改变共聚物中嵌锻组分的种类和含量，可以得到不同性能和响应温度的形状记忆材料。除此之外，还可以用共混的方法来制备形状记忆高分子材料。通常采用部分相容或不相容的高分子来进行共混，以其中的一相来使材料具有在变形后回复到原始形状的能力，以另一相来冻结和解冻结材料的临时形状。与化学共聚方法相比，物理共混方法简便快捷，制备效率高，是一种较为理想的制备方式。但共混方法也存在一些不足，特别是形状转变温度在室温附近的结晶性高分子很少，同时价格昂贵，极大限制了材料的发展和应用。中国专利CN103265786和CN103224682利用多嵌段结构聚合物，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物和烯烃嵌段共聚物(OBC)为回复相，以石蜡为可逆相来制备形状记忆材料。该专利技术降低了材料的生产成本，但是多嵌段共聚物的种类比较有限。中国专利CN105504474A利用无规共聚物为回复相，以饱和脂肪酸为可逆相来制备形状记忆材料。该专利技术采用无规共聚物弹性体，拓宽了回复相的选材范围，但饱和脂肪酸是酸性的物质，在高温下对于金属加工设备具有一定的腐蚀作用，长期使用会对设备造成损伤。此外，饱和脂肪酸在高温时有挥发性，并且热稳定性不是很好，对加工温度要求比较苛刻，无法和加工温度较高的高分子进行熔融共混来制备形状记忆复合材料，限制了其使用的范围。
技术实现思路
为了克服现有形状记忆高分子复合材料的不足，本专利技术提出一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料，本专利技术选用商品化的热塑性高分子弹性体作为回复相，选用结晶性小分子脂肪酸盐作为可逆相，通过熔融共混方法制备得到形状记忆高分子复合材料。本专利技术具体技术方案如下：本专利技术提出的形状记忆高分子复合材料主要由热塑性弹性体和在室温下处于结晶态的脂肪酸盐构成，还可包含其它助剂。其中，热塑性弹性体起到回复原始形状的作用，脂肪酸盐通过结晶起到固定临时形状的作用。材料的形状转变温度由脂肪酸盐的熔点(Tm1)确定。热塑性弹性体、结晶性脂肪酸盐和其它助剂质量份数比例如下：热塑性弹性体100份，以质量数计；结晶性脂肪酸盐10-200份，以质量数计；其它助剂组分0-200份，以质量数计。本专利技术中，脂肪酸盐的熔点(Tm1)比热塑性弹性体的熔点(Tm2)低。在温度T为Tm1<T<Tm2时，脂肪酸盐为熔融状态，此时材料可在外力作用下改变形状和尺寸。当温度降为T<Tm1时，脂肪酸盐发生结晶，能够固定住变形后的形状，即固定临时形状。当温度重新升高至Tm1<T<Tm2时，脂肪酸盐再次熔融，发生形变的材料在热塑性弹性体的驱动下自动回复到原始形状，实现形状记忆效应。如果升温至T>Tm2，热塑性弹性体也发生熔融，此时赋予材料一个新的原始形状，即材料的原始形状也可以重塑。本专利技术中，利用物理熔融共混实现热塑性弹性体和结晶性脂肪酸盐的充分结合。通过选用不同熔点的热塑性弹性体和不同熔点的结晶性脂肪酸盐进行复合，获得具有不同响应温度的形状记忆材料。本专利技术中，通过改变材料中热塑性弹性体和结晶性脂肪酸盐的组分比例，调节材料的力学性能和形状记忆性能。本专利技术中，所选用的热塑性弹性体包括但不限于聚烯烃类热塑性弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体、含卤素热塑性弹性体、乙烯共聚物热塑性弹性体、动态硫化橡胶热塑性弹性体、聚醚酯类热塑性弹性体、聚丙烯酸酯类热塑性弹性体或离聚体型热塑性弹性体的任一种或其共混改性物。本专利技术中，所选用的结晶性脂肪酸盐包括但不限于油酸钙、油酸锌、月桂酸钾、月桂酸铵等各类熔点合适的脂肪酸盐的任一种或其共混物。本专利技术中，其它助剂为抗氧剂、着色剂、各种改性剂和填料中的一种或几种。本专利技术中，该复合材料通过熔融共混方法制备得到，形状记忆高分子复合材料的熔融共混方法包括挤出、密炼等。本专利技术利用小分子脂肪酸盐作为可逆相，小分子脂肪酸盐是中性的物质，无毒性，对金属加工设备无任何腐蚀性，更加安全可靠。同时，小分子脂肪酸盐的热稳定性好，能够和加工温度较高的高分子进行熔融共混来制备形状记忆复合材料，拓宽了形状记忆高分子复合材料的品种和性能。此外，小分子脂肪酸盐的熔化温度范围窄，结晶时所需要的过冷度低，结晶度高，因此形状固定作用优异。通过小分子脂肪酸盐的结晶和熔融能够非常有效地冻结和解冻结形状记忆材料的临时形状。通过采用不同的小分子脂肪酸盐还可以控制材料的形状记忆温度。另一方面，本专利技术利用商品化的热塑性弹性体作为回复相，性能稳定，原料易得，加工条件成熟。本专利技术成本低，效率高，安全可靠，环境友好，材料性能优异，并且适合大规模生产，有广阔的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，但绝不是对本专利技术的限制。实施例1将100份聚氨酯(Pellethane2355-95AE)和100份油酸锌充分混合，加入210℃双螺杆在30rpm转速下挤出得到复合材料。该复合材料的形状记忆响应温度为70-72℃之间，材料的形状回复率为96-98％，材料的形状固定率为97-98％。实施例2其它同实施例1，另外添加50份碳酸钙，按照相同步骤制备复合材料，所得材料的形状回复率和形状固定率均比较理想。实施例3将100份聚氨酯(Pellethane2355-95AE)和80份油酸酰胺充分混合，加入205℃双螺杆在30rpm转速下挤出得到复合材料。该复合材料的形状记忆响应温度为75-78℃之间，材料的形状回复率为98-99％，材料的形状固定率为96-98％。实施例4将100份烯烃嵌段共聚物弹性体(INFUSE9500)和150份油酸锌充分混合，加入185℃密炼机在50rpm转速下加工15min得到复合材料。该复合材料的形状记忆响应温度为70-72℃之间，材料的形状回复率为91-93％，材料的形状固定率为99-100％。实施例5将100份烯烃嵌段共聚物弹性体(INFUSE9500)和100份油酸锌充分混合，加入185℃双螺杆在30rpm转速下挤出得到复合材料。该复合材料的形状记忆响应温度为70-72℃之间，材料的形状回复率为95-96％，材料的形状固定率为98-99％。实施例6其它同实施例5，另外添加80份炭黑，20份滑石粉，按照相同步骤制备复合材料，所得材料的形状回复率和形状固定率均比较理想。实施例7将100份烯烃无规共聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料，其特征在于，以热塑性高分子弹性体为基体，加入结晶性小分子脂肪酸盐作为形状记忆开关，也可添加其它助剂组分，其中，热塑性弹性体、结晶性脂肪酸盐和其它助剂的质量份数比例如下：热塑性弹性体      100份结晶性脂肪酸盐    10‑200份其它助剂组分      0‑200份。

【技术特征摘要】
1.一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料，其特征在于，以热塑性高分子弹性体为基体，加入结晶性小分子脂肪酸盐作为形状记忆开关，也可添加其它助剂组分，其中，热塑性弹性体、结晶性脂肪酸盐和其它助剂的质量份数比例如下：热塑性弹性体100份结晶性脂肪酸盐10-200份其它助剂组分0-200份。2.根据权利要求1所述的一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料，其特征在于，所述的热塑性弹性体的熔点(Tm2)要大于所述的结晶性脂肪酸盐的熔点(Tm1)。3.根据权利要求2所述的一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材料，其特征在于，当环境温度(T)在Tm1<T<Tm2范围时，结晶性脂肪酸盐处于熔融状态，热塑性弹性体发挥主导作用，材料具有可变形性以及变形后回复至原始形状的趋势；当T<Tm1时，结晶性脂肪酸盐发生结晶，材料表现出刚性和尺寸稳定性，材料被固定在变形后的临时形状，当需要材料回复至原始形状时，升温至Tm1<T<Tm2，脂肪酸盐再次熔融，材料在热塑性弹性体的作用下回复至原始形状；如果升温至T>Tm2，热塑性弹性体也发生熔融，此时赋予材料一个新的原始形状，即材料的原始形状也可以重塑。4.根据权利要求1所述的一种以脂肪酸盐为可逆相的形状记忆高分子复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜江，张晴钰，李晋，朱珊仪，张震雷，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31