形状记忆聚合物分类、机理

1.形状记忆聚合物

   形状记忆聚合物（Shape　Memory　Polymers,SMPs）是指具有初始形状的制品,在一定的条件下改变其初始形状并固定后,通过外界条件的刺激,又可恢复其初始形状的高分子材料。

应用形状记忆聚合物微驱动器的血栓清除器 : ( a) 插入血栓的直线型( 临时形状) 驱动器 ,( b) 激发后回复到原始型状和( c) 微驱动器回缩清除血栓

2.形状记忆聚合物分类

    根据SMP的化学结构可以分为热塑性SMP和热固性SMP。

    根据其回复原理，形状记忆聚合物可以分为热致型SMP、光致型SMP、化学感应型SMP等。

    此外,还可按照SMP应用领域来进行分类,如医用SMP、航天航空用SMP、纺织品用SMP等类型。

2.1热致型SMP

     目前投入使用最多的就是热致型SMP,也叫热收缩材料,主要有交联聚烯烃、聚氨酯等。这类形状记忆高聚物一般是将已赋型的材料(交联或具有多相结构)加热到一定的温度,并施加外力使其变形,在变形状态下冷却,冻结应力,当再加热到一定温度时,材料的应力释放,并自动恢复到原来的赋型状态。聚合物材料的这种特性称为材料的记忆效应。

2.2光致型SMP

     光致型SMP的制备是以一定的方式引入适当的光致变色基团(Photochromic Chromophore Group,简称PCG)的某些聚合物材料,当其受到光照时(通常为紫外光),PCG发生异构化反应,并把这种变化传递给分子链,使分子的状态发生显著性变化,材料在宏观上表现为光致形变,光照停止时,PCG发生可逆的光异构化反应,分子链的形态相应地复原.

2.3化学感应型SMP

     化学感应型SMP是一些聚合物材料在化学物质的作用下,能产生形变及形变恢复。通常用的化学感应方式有pH值变化、平衡离子置换、螯合反应、相转变和氧化还原反应等手段。刺激手段不同,聚合物形状记忆机理也不一样。

3.形状记忆聚合物机理

     对已发现的形状记忆聚合物的结构进行分析,不难发现,这些聚合物都具有两相结构,即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆地固化和软化的可逆相组成。固定相一般为具有交联结构的无定型区,如辐射交联PE;也可是Tm或Tg较高的一相在较低温度时形成的结晶区或分子缠绕,如聚氨酯、高分子量聚降冰片烯等。它们的形状记忆原理可简单地由下图的结构模型来表示。

       图中的方块结晶区为可逆相,在低温时起到冻结应力的作用,保证实施变形后的聚合物在室温时可长期保存;而在高温时结晶融化,分子链在熵弹性的作用下发生自然卷曲从而发生形变恢复,实现对起始形状的记忆。

      图中的圆点区域为交联点,称为固定相。固定相赋予材料高弹态和一定的高弹态强度及形变,保证聚合物在高弹态时可以进行必要的强迫拉伸形变。固定相为化学交联结构的形状记忆聚合物称为热固性形状记忆聚合物,如交联PE、交联(乙烯/乙酸乙烯)共聚物,反式聚异戊二烯等。固定相为物理交联结构的形状记忆聚合物称为热塑性形状记忆聚合物,如形状记忆聚氨酯、(苯乙烯/丁二烯)共聚物等。热塑性形状记忆聚合物的固定相实质上是其Tm或Tg比可逆相更高的相区,因此,当温度高于固定相的Tm或Tg时可进行成型,而化学交联的形状记忆聚合物必须在交联前或与交联同时进行成型。

文献引用

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来源：网络   编辑：奎博士