我室在光交联形状记忆高分子材料方面取得新进展

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我室在光交联形状记忆高分子材料方面取得新进展

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       在“先成型,后交联”的研究工作中,首次发现光交联网络NW-PDLLA20-PTMEG在降温过程中PTMEG具有明显的结晶伸长(CIE)现象,表明双向形状记忆效应(2W-SME)有可能实现。立足当前双向形状记忆高分子材料的两大不足:一是种类少(仅有PCL, EVA, POA等少量聚合物),二是固定相结构单一(通常仅具有一个交联固定相),杨科珂教授研究小组有针对性地提出了“具有可调固定相的双向形状记忆高分子材料”的研究思路。先制备AN-PDLLA20-PTMEG线性聚合物,再调控光照时间得到一系列具有不同交联程度的光交联网络。除蒽的光交联点外,PDLLA的玻璃化转变可以充当一种温度控制的固定相(45 ℃和70℃,以DMA结果确定),当T = 45 ℃(Tg, PDLLA >T>Tm, PTMEG),PDLLA处于玻璃态,和蒽交联点一起充当固定相;当T = 70 ℃(T>Tg, PDLLA),PDLLA处于高弹态,仅有蒽交联点充当固定相。以控制变量法系统研究了外力,程序高温(Thigh:45 ℃和70℃),光交联程度对2W-SME的影响。结果表明:外力越大,PTMEG越易出现较大的结晶伸长(εCIE),较大的非结晶伸长(εNon-CIE)以及较大的相对激发应变(Ract-R)。当T = 45 ℃时,所有样品均具有良好的形状回复率(Rrec:92.9 - 95.1% ),但激发应变较小;当T = 70 ℃时,样品出现较大的激发应变,但回复率却明显下降。这与光交联网络在不同温度下的不同固定相结构相关。研究还发现,光交联程度越高,形状回复率越高,但激发应变较小。以上系统研究的结果表明,“可调固定相”的设计思路可以实现可调的2W-SME。

       由于该体系中PTMEG结晶伸长的温度为-30 ℃左右,光交联网络NW-PDLLA20-PTMEG有望用于低温环境或要求可调形变的实际应用中。后期工作将进一步瞄准其模型的建立以及传感器件的设计。

 

 Fig. 3 光交联网络的制备及其可调的双向形状记忆效应。

 

 

Fig. 4 光交联网络的可调固定相结构在双向形状记忆过程中的具体示意图。

 

 

以上光交联方向的两个具体研究工作得到国家自然科学基金(51473096, 51421061),四川省国际合作项目(2017HH0034)和高分子材料工程国家重点实验室开放课题(sklpme2016-2-06)的支持。相应成果均先后发表在Macromolecules,第一作者为我室博士生谢辉。

 

Xie, H.; Cheng, C. Y.; Du, L.; Fan, C. J.; Deng, X. Y.; Yang, K. K.*; Wang, Y. Z.* Macromolecules 2016, 49, 3845−3855.

Xie, H.; Cheng, C. Y.; Deng, X. Y.; Fan, C. J.; Du, L.; Yang, K. K.;* Wang, Y. Z. Macromolecules 2017, DOI: 10.1021/acs.macromol.6b02773.



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