CN108003330B - 一种高性能形状记忆的生物可降解材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能形状记忆的生物可降解材料，所述材料是由苹果酸与丙三醇在负压反应釜中进行聚合反应得到。反应过程绿色无污染，反应工艺简单易行，反应无副产物排放，最终产物生物可降解，绿色无毒，健康环保。制备的生物可降解材料可运用于自部署太阳帆，智能材料和织物、电子包装或管的热收缩膜、机械铰链、能量储存器和马达驱动等方面，具有重大应用前景。

Description

一种高性能形状记忆的生物可降解材料
技术领域
本发明涉及高分子合成领域，具体涉及一种高性能形状记忆的的生物可降解材料。
背景技术
形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer，简称SMP),又称为形状记忆高分子，是指具有初始形状的制品在一定的条件下改变其初始条件并固定后，通过外界条件(如热、电、光、化学感应等)的刺激又可恢复其初始形状的高分子材料。作为一种高分子智能材料，智能电子接口问题实现材料智能化、高效化和环境友好化具有重要意义近年来利用动态建构化学的基本原理通过动态非共价键、可逆动态共价键相互作用设计了一系列具有良好形状记忆性能的新型高分子材料本专利以物理型动态键作为形状记忆的的分子设计思路合成了一种新型形状记忆高分子材料。
智能电子材料的部署组件和结构：例如，智能材料和织物、电子包装或管的热收缩膜、航空的自部署太阳帆、智能医药器件等。对于传统太空部署结构，通过使用机械铰链、能量储存器或马达驱动工具来完成轨道结构配置的改变，而 SMPs及其复合材料制备的部署构件可以克服某些内在缺点，如复杂组装过程、大规模的机制、大体积。形状记忆聚合物在铰链、天线、光学反射镜及变形结构等中有基础应用通过CHEM泡沫技术，测得了一些基础性能数据，证明形状记忆聚合物及其复合材料在太空、商业、生物医药领域有不同于其他可部署结构的有点。具体的日常生活中的应用：基于SMPs的形状记忆纤维应用于发展热激发的“smart”织物或未来智能衣服。NMPs材料及其在医药领域的潜在应用：NMPs 作为临床器件被植入人体后，其玻璃转化温度可以控制SMPs的形状恢复/自部署。新开发的SMP泡沫，结合冷蛰伏弹性记忆(CHEM)加工工艺进一步拓宽了其潜在生物医药应用。SMP材料小型化和变形后，通过微导管植入体内，到达正确位置后，恢复其原始设定形状。形状记忆材料在未来具有很大的空间和市场。
然而，现有的形状记忆材料的很软，并且强度不够高，产品不绿色环保，产品本身有生理毒性，因此其实际应用大大受限。
发明内容
鉴于上述和/或现有高性能形状记忆的的生物可降解材料中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种高强度，无毒副作用的高性能形状记忆的的生物可降解材料。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种高性能形状记忆的的生物可降解材料，所述材料是由苹果酸与丙三醇在负压反应釜中进行聚合反应得到。
所述聚合反应过程中需控制投料顺序和反应时间。
作为本发明所述一种高性能形状记忆的的生物可降解材料的一种优选方案，其中：所述投料顺序和反应时间为先投入苹果酸反应45h，反应完成后提纯，再投入丙三醇反应9h。
所述聚合反应过程中需控制反应温度和反应真空度。
作为本发明所述一种高性能形状记忆的的生物可降解材料的一种优选方案，其中：所述温度为：105-110℃，所述真空度为：10Pa～2000Pa。优选温度110℃。
需要强调的是反应温度对产物的性能及反应时间有着直接影响，温度低于 105-110℃，得不到产物，高于105-110℃副反应增加，而在105℃反应，虽然也可以得到最终产品，但反应时间较长，因此最终实验选择110℃反应9h为最佳条件。
所述聚合反应过程中需控制苹果酸与丙三醇的投料质量比。
作为本发明所述一种高性能形状记忆的的生物可降解材料的一种优选方案，其中：所述苹果酸和丙三醇的投料质量比为：3.75:1～3。
需要强调的是苹果酸和丙三醇的投料质量对产物最终的形状记忆能力和材料强度有着直接影响，实验证实比例为3.75:1～3之间都可以实现形状记忆，但会因为投料比的不同，材料强度发生变化，可根据实际生产需要来选择投料比。
本发明所述的高性能形状记忆的的生物可降解材料在智能电子材料领域的应用。具体可运用于自部署太阳帆，智能材料和织物、电子包装或管的热收缩膜、机械铰链、能量储存器和马达驱动等等。
本发明所具有的有益效果：
1、苹果酸和丙三醇都是绿色无污染，并且生物相容性好的原材料。
2、反应过程绿色无污染，反应工艺简单易行，反应无副产物排放，最终产物生物可降解，绿色无毒，健康环保。
3、当苹果酸和丙三醇的质量比例为3.75:1～3时，得到的材料具有形状记忆功能。
4、所得到的一种高性能形状记忆的的生物可降解材料，将材料注塑定型为管状，再将其于50℃的环境下，二次定型后冷却,材料可变形为新的形状,再次置入50℃的环境中,材料可再次记忆恢复到初始的形状。
5、通过苹果酸和丙三醇聚合反应之后，得到的一种高性能形状记忆的的生物可降解材料可运用于自部署太阳帆，智能材料和织物、电子包装或管的热收缩膜、机械铰链、能量储存器和马达驱动等方面，具有重大应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为采用实施例1～6方法制得的高性能形状记忆的生物可降解材料的形状记忆能力展示照片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图1为采用实施例1～6方法制得的一种高性能形状记忆的生物可降解材料的形状记忆能力展示照片。
实施例1：
将质量比为3.75:1的苹果酸和丙三醇备好待用，先将苹果酸投入反应釜中，压力为负压：500Pa，温度为110℃，反应时间为45h，反应完成后提纯，再投入备好定量的丙三醇，反应压力为500Pa，温度为110℃，反应时间为9h。可得到一种高性能形状记忆的的生物可降解材料。
实施例2至3：
采用与实施例1相同的步骤，仅改变苹果酸和丙三醇的投料质量比(见下表)。
苹果酸和丙三醇的投料质量比
实施例1 3.75:1
实施例2 3.75:2
实施例3 3.75:3
实施例4至6
采用与实施例1相同的步骤，仅改变真空度(见下表)
真空度
实施例4 10Pa
实施例5 1000Pa
实施例6 2000Pa
对比例1
将质量比为3.75:0.5的苹果酸和丙三醇备好待用，先将苹果酸投入反应釜中，压力为负压：500Pa，温度为110℃，反应时间为45h，反应完成后提纯，再投入备好定量的丙三醇，反应压力为500Pa，温度为110℃，反应时间为9h。
对比例2
将质量比为3.75:4的苹果酸和丙三醇备好待用，先将苹果酸投入反应釜中，压力为负压：500Pa，温度为110℃，反应时间为45h，反应完成后提纯，再投入备好定量的丙三醇，反应压力为500Pa，温度为110℃，反应时间为9h。
对比分析：
本申请涉及的一种高性能形状记忆的生物可降解材料，可运用于可运用于自部署太阳帆，智能材料和织物、电子包装或管的热收缩膜、机械铰链、能量储存器和马达驱动等等，这些运用领域，就需要材料有相当的强度，并且在材料在特定的情况下，或可控的发生形状记忆，因此，对形状记忆的能力也需要进行分析，因此本申请还验证了以下实验数据(形状记忆能力、拉伸强度)：下表为以上各例取得样条的形状记忆能力对比表。
样条 形状记忆能力 拉伸强度(kPa)
实施例1 有 10000
实施例2 有 8000
实施例3 有 4000
实施例4 有 10000
实施例5 有 10000
实施例6 有 10000
对比例1 不成型
对比例2 无形状记忆
发明人研究发现，原料苹果酸和丙三醇的配比尤为关键，当苹果酸和丙三醇的质量比为3.75:1～3时，得到的材料具有形状记忆的性能。如投入的苹果酸和丙三醇的质量比例大于3.75:1，则材料会失去形状记忆的能力；而投入的苹果酸和丙三醇的质量比例小于3.75:3，则材料不成型。
从上表也可以看出：苹果酸和丙三醇的投料质量比为3.75:1～3之间都可以实现形状记忆，可根据实际生产需要来选择投料比。如图1所示，图1为将材料注塑定型为管状，再将其于50℃的环境下，二次定型后冷却,材料可变形为新的形状,再次置入50℃的环境中,材料可再次记忆恢复到初始的形状。可见本发明制备的生物可降解材料力学性能相较于形状记忆的其他材料强度方面表现优异，同时形状记忆能力也相当好，并且，所用原料都绿色环保，与现有材料相比具有突出实质性特点。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种高性能形状记忆的生物可降解材料，其特征在于：所述材料其有效成分是由苹果酸与丙三醇在负压反应釜中进行聚合反应得到；所述聚合反应过程中需控制投料顺序和反应时间；所述投料顺序和反应时间为先投入苹果酸反应45 h，反应完成后提纯，再投入丙三醇反应9h；所述聚合反应过程中需控制反应温度和反应真空度；所述聚合反应温度为：105-110℃，所述真空度为：10 Pa ~ 2000 Pa；所述聚合反应过程中需控制苹果酸与丙三醇的投料质量比；所述苹果酸和丙三醇的投料质量比为：3.75 : 1～3。
2.根据权利要求1所述的高性能形状记忆的生物可降解材料，其特征在于：所述温度为：110℃。
3.根据权利要求1~2任一所述的高性能形状记忆的生物可降解材料在智能电子材料领域的应用。
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