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本文将网络的结构设计思想引入到形状记忆高分子材料中,从形状记忆材料与高分子网络的结构相似性原理出发,借鉴相关领域的重要研究成果,设计出几种新颖的具有形状记忆性能的高分子网络。利用DSC、SEM和DMA等方法,研究了它们的热性质、形态、力学性能以及形状记忆性能,并对其形状记忆机理进行了初步探讨。
设计并合成了具有共交联网络(CN)结构的聚乙二醇二丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯网络(PMMA/PEGDA CN)。首次提出以PEO链段与PMMA链段的亲疏水性及软硬程度的差异为基础,利用网络中链段的协同作用原理,可以展现不同介质中多重响应的形状记忆性能,在空气中循环8-12次其形状恢复率仍然可以达到99%。
合成了具有杂化结构的CN,采用原位复合同时亦交联的方法,采用熔融缩聚与水解缩聚方法合成了具有杂化结构的PBMA/PMMA CN;通过酯交换法引入软段形成了甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷/聚乙二醇共交联网络(PMMA-MPS/PEG CN)。首次提出CN是一种提高玻璃化转变温度上下储能模量比的有效方法,在很宽的组成范围内显示出了形状记忆效应。无论有无结晶的存在,模量比均维持在较高的水平,最高可以超过250。其中,软段富集的区域作为可逆相,硬段富集的区域作为固定相,显示了形状记忆性能。
首次研究了大分子体系中硅氧烷与普通羟基的酯交换反应,对甲苯磺酸是较为有效的催化剂。设计了一种通过酯交换的新方法把含羟基聚合物直接引入到聚合物体系中来。通过PEG的羟基与硅氧烷基团之间的酯交换反应,合成了PEG模型网络。探索了酯交换方法设计高分子网络的方法,提供了一种不同与传统溶胶-凝胶过程的制备有机无机杂化材料的新思路,为把羟基封端的大分子单体引入聚合物互穿网络体系的实现提供了一种通用的方法。
首次提出酯交换法是制备形状记忆高分子材料的有效方法,并制备了具有优异的形状记忆性能的PEG/聚甲基丙烯酸酯全互穿网络和PEG/聚甲基丙烯酸酯共交联网络。其中,酯交换方法合成的PEG/聚甲基丙烯酸酯全互穿网络,可以在25秒内恢复初始形状,形状恢复率几乎达到100%。经过6次循环没有发现恢复速率的明显下降。而PEG/聚甲基丙烯酸酯共交联网络在100-110℃附近可以赋形,30s内恢复率可达100%,体系转变温度较高,在70℃还有良好的尺寸稳定性,极有可能在自拆卸和自修复材料领域获得应用。