一种形状记忆高分子聚合物及其制备方法和用途 |
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| 申请号 | CN201710167083.7 | 申请日 | 2017-03-20 | 公开(公告)号 | CN107022118A | 公开(公告)日 | 2017-08-08 |
| 申请人 | 马战峰; | 发明人 | 马战峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种物理形状记忆高分子 聚合物 及其制备方法和用途，包括以下重量份数的原料组分：50～150份的天然 橡胶 、5～40份的聚 氨 酯 树脂 、5～30份的 醋酸 乙酯、0.5～25份的二 甲苯 树脂、2～15份的抗 氧 剂、0.5～10份的防老剂D、1～15份的 二氧化 硅 和1～35份的 丙烯酸 丁脂。本发明原料配方设计科学合理，使得到的形状记忆高分子聚合物经 过冷 却后能在‑40℃到150℃保持物理性能稳定，使 汽车 在正常行驶时遇到轮胎扎钉或爆胎裂口小，附着在轮胎内侧的形状记忆高分子聚合物能迅速填补空隙，阻止轮胎着地面漏气，对行车时轮胎安全起到了极大的改善效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种形状记忆高分子聚合物，其特征在于，包括以下重量份数的原料组分：50～150份的天然橡胶、5～40份的聚氨酯树脂、5～30份的醋酸乙酯、0.5～25份的二甲苯树脂、2～ |
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| 说明书全文 | 一种形状记忆高分子聚合物及其制备方法和用途[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种形状记忆高分子聚合物及其制备方法和用途。 背景技术[0002] 20世纪80年代中期人们提出了智能材料(Smart Materials或者Intelligent Material System)的概念：智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化并能实时地改变自身的一种或多种性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。智能材料是一种集材料与结构、智能处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。形状记忆材料即是一种研究较广泛的智能材料，它具有一些奇异的性能，如形状记忆效应，伪弹性，高阻尼等，在受热、机械、磁或电刺激后，能产生动作或某些规定的响应，使其恢复到原来的形状或技术参数，如形状、位置、应变、固有频率、刚度、阻尼、摩擦，以及其他静态动态特性，具有巨大的科学意义和重要的工程意义，是新材料研究热点之一。 [0003] 常规的树脂基复合材料主要考虑材料的强度、刚度等静态或准静态的力学承载性能，主要用于结构材料。而形状记忆复合材料主要考虑材料的驱动、大变形(有限变形)等动态的力学驱动性能，具有比常规树脂基复合材料高得多的可回复应变(最高可达100％数量级)。相对于常规的树脂基复合材料，形状记忆复合材料是革命性的创新。形状记忆复合材料弹性模量大、强度较高，变形回复力较大，运动稳定性和可靠性较高，物理形状保持能力较好。 [0004] 轮胎是在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品。通常安装在金属轮辋上，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。现有的轮胎在使用时存在扎胎、穿刺、爆裂的风险，正常行驶的汽车轮胎在遇到铁钉扎胎、尖锐物穿刺、爆裂等状况，很容易导致汽车无法正常行驶，现实生活中大多数情况都会造成更严重的交通事故，直至危及乘车人姓命。 [0005] 现有技术中针对高分子聚合物应用于轮胎中的技术较少，且未存在用于轮胎中，有效提高轮胎使用安全性和使用寿命的技术方案。由此可见，能否基于现有技术中的不足，提供一种新型的形状记忆高分子聚合物，使其有效应用与轮胎的内侧并与轮胎内侧橡胶结构层完全附着粘合，使轮胎在发生穿刺和裂口问题时，该形状记忆高分子聚合物能够迅速恢复原形态，从而堵住破裂口，阻止轮胎因破裂而漏气或爆胎，对行车时轮胎安全起到了极大的改善效果，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。 发明内容[0006] 本发明为了解决上述技术问题，提供形状记忆高分子聚合物，使其具有原料配方合理，使用方便，仅需将该形状记忆高分子聚合物直接喷涂于轮胎内侧，从而对轮胎起来防护的作用，在轮胎发生扎胎或破裂时，附着在轮胎内侧的形状记忆高分子聚合物能迅速恢复原来形态，堵住破裂口，阻止轮胎破裂口漏气，并明显的减少侧面爆胎的可能性，对行车时轮胎安全起到了极大的改善效果。 [0007] 为了达到上述技术效果，本发明包括以下技术方案： [0008] 一种形状记忆高分子聚合物，包括以下重量份数的原料组分：50～150份的天然橡胶、5～40份的聚氨酯树脂、5～30份的醋酸乙酯、0.5～25份的二甲苯树脂、2～15份的抗氧剂、0.5～10份的防老剂D、1～15份的二氧化硅和1～35份的丙烯酸丁脂。 [0009] 进一步的，包括以下重量份数的原料组分：80～120份的天然橡胶、10～2份的聚氨酯树脂、10～15份的醋酸乙酯、1～5份的二甲苯树脂、5～10份的抗氧剂、1～5份的防老剂D、5～8份的二氧化硅和8～15份的丙烯酸丁脂。 [0010] 进一步的，还包括重量份数为1～5份的着色剂； [0011] 所述二氧化硅为聚硅氧烷改性二氧化硅纳米球。 [0012] 进一步的，还包括以下重量份数的原料组分：5～30份的苯乙烯、2～20份的乙烯基化合物、0.5～5份引发剂、0.1～4份交联剂和0.01～60份的改性聚合物。 [0013] 进一步的，所述乙烯基化合物为乙酸乙烯酯、乙烯、丁烯、丙烯、氯乙烯、偏氟乙烯、氟乙烯、乙烯基醚、乙烯基咔唑、乙烯基吡咯烷酮、乙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正癸酸、丙烯酸月桂酸酯、丙烯酸正十四酯、丙烯酸正十六酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-β-羟乙酯、丙烯酸-β-羟丙酯、丙烯酸环乙氧基酯、丙烯酸缩水干油酯、丙烯酸-β-乙氧基乙酯、丙烯酸二乙基氨基乙酯、月桂酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯或丙烯酸乙酯中的一种或几种； [0015] 所述交联剂为甲基丙烯酸乙二醇酯、二烯丙基二甘醇碳酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、辛二酸二烯丙酯、二甘醇二丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二乙烯基醚、二乙烯基二醇、癸二酸二乙烯基酯、甘油三甲基丙烯酸酯、1，5-己二烯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、N，N′-亚甲基双甲基丙烯酰胺、四丙烯酸季戊四醇酯、三丙烯酸季戊四醇酯、季戊四醇三烯丙基醚、1，5-戊二醇二甲基丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯或三甘醇二乙烯基醚中的一种或几种； [0016] 所述改性聚合物为平均分子量为5000～10000的聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯的共聚物、聚乙烯或聚丙烯中的一种； [0017] 所述形状记忆聚合物是热塑性形状记忆聚合物中的一种或者至少两种的组合，或者热固性形状记忆聚合物中的一种或者至少两种的组合，或者至少一种热塑性形状记忆聚合物与至少一种热固性形状记忆聚合物的组合；所述热塑性形状记忆聚合物包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚异戊二烯、橡胶、聚氨酯、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚醚酰亚胺、热塑性聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酰胺或聚醚砜；所述热固性形状记忆聚合物包括：环氧树脂、双马来酰亚胺、热固性聚酰亚胺、酚醛树脂、氰酸酯树脂、不饱和聚酯或丙烯酸树脂。 [0018] 一种上述形状记忆高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤： [0019] 步骤一：制备基础材料：取天然橡胶、聚氨酯树脂在200～250℃下混炼，制得基础材料； [0020] 步骤二：制备形状记忆高分子聚合物：向所述基础材料中加入醋酸乙酯、二甲苯树脂、抗氧剂、防老剂D、二氧化硅和丙烯酸丁脂，加热至80～150℃，保温3～7h，冷却至室温，得到形状记忆高分子聚合物。 [0021] 进一步的，还包括以下步骤：所述步骤二中，基础材料中还加入有着色剂。 [0022] 进一步的，还包括以下步骤： [0023] 所述步骤一为：取天然橡胶、聚氨酯树脂和改性聚合物在200～250℃下混炼，制得基础材料； [0024] 所述步骤二中，取苯乙烯、乙烯基化合物、引发剂和交联剂混合并进行搅拌直至引发剂完全溶解得到混合物，将混合物加入所述基础材料中。 [0026] 进一步的，所述形状记忆高分子聚合物的喷涂厚度为3～10mm。 [0027] 采用上述技术方案，包括以下有益效果：提供一种形状记忆高分子聚合物及其制备方法和用途，其原料配方设计科学合理，使得到的形状记忆高分子聚合物经过冷却后能在-40℃到120℃保持物理性能稳定，使汽车在正常行驶时遇到轮胎扎钉时，附着在轮胎内侧的形状记忆高分子聚合物能迅速恢复原状堵住破裂口，100％阻止轮胎着地面漏气，并明显的减少侧面爆胎的可能性，对行车时轮胎安全起到了极大的改善效果。 具体实施方式[0028] 下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。 [0029] 实施例一：一种形状记忆高分子聚合物，包括以下重量份数的原料组分：50份的天然橡胶、40份的聚氨酯树脂、5份的醋酸乙酯、25份的二甲苯树脂、2份的抗氧剂、10份的防老剂D、1份的二氧化硅和35份的丙烯酸丁脂。 [0031] 实施例二：一种形状记忆高分子聚合物，包括以下重量份数的原料组分：80份的天然橡胶、25份的聚氨酯树脂、10份的醋酸乙酯、5份的二甲苯树脂、5份的抗氧剂、5份的防老剂D、5份的二氧化硅和15份的丙烯酸丁脂。 [0032] 一种形状记忆高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤： [0033] 步骤一：制备基础材料：取天然橡胶、聚氨酯树脂在210℃下混炼，制得基础材料； [0034] 步骤二：制备形状记忆高分子聚合物：向所述基础材料中加入醋酸乙酯、二甲苯树脂、抗氧剂、防老剂D、二氧化硅和丙烯酸丁脂，加热至130℃，保温4h，冷却至室温，得到形状记忆高分子聚合物。 [0035] 一种形状记忆高分子聚合物的用途，所述形状记忆高分子聚合物经过融化用于喷涂至汽车轮胎内侧。 [0036] 实施例三：一种形状记忆高分子聚合物，包括以下重量份数的原料组分：110份的天然橡胶、6份的聚氨酯树脂、12份的醋酸乙酯、4份的二甲苯树脂、9份的抗氧剂、3份的防老剂D、7份的二氧化硅、13份的丙烯酸丁脂和2份的着色剂。 [0037] 一种形状记忆高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤： [0038] 步骤一：制备基础材料：取天然橡胶、聚氨酯树脂在225℃下混炼，制得基础材料； [0039] 步骤二：制备形状记忆高分子聚合物：向所述基础材料中加入醋酸乙酯、二甲苯树脂、抗氧剂、防老剂D、着色剂、二氧化硅和丙烯酸丁脂，加热至100℃，保温6h，冷却至室温，得到形状记忆高分子聚合物。 [0040] 一种形状记忆高分子聚合物的用途，所述形状记忆高分子聚合物经过融化用于喷涂至汽车轮胎内侧。 [0041] 所述形状记忆高分子聚合物的喷涂厚度为3～10mm。 [0042] 实施例四：一种形状记忆高分子聚合物，包括以下重量份数的原料组分：80份的天然橡胶、2份的聚氨酯树脂、10份的醋酸乙酯、5份的二甲苯树脂、5份的抗氧剂、5份的防老剂D、5份的二氧化硅、15份的丙烯酸丁脂、5份的苯乙烯、20份的乙烯基化合物、0.5份引发剂、4份交联剂和0.01份的改性聚合物。 [0043] 一种形状记忆高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤： [0044] 步骤一：制备基础材料：取天然橡胶、聚氨酯树脂和改性聚合物在200℃下混炼，制得基础材料； [0045] 步骤二：制备形状记忆高分子聚合物：向所述基础材料中加入醋酸乙酯、二甲苯树脂、抗氧剂、防老剂D、着色剂、二氧化硅、丙烯酸丁脂、苯乙烯、乙烯基化合物、引发剂和交联剂，加热至100℃，保温4h，冷却至室温，得到形状记忆高分子聚合物。 [0046] 一种形状记忆高分子聚合物的用途，所述形状记忆高分子聚合物经过融化用于喷涂至汽车轮胎内侧。 [0047] 所述形状记忆高分子聚合物的喷涂厚度为5mm。 [0048] 实施例五：一种形状记忆高分子聚合物，包括以下重量份数的原料组分：100份的天然橡胶、20份的聚氨酯树脂、12份的醋酸乙酯、3份的二甲苯树脂、8份的抗氧剂、3份的防老剂D、6份的二氧化硅、12份的丙烯酸丁脂、25份的苯乙烯、15份的乙烯基化合物、2份引发剂、2份交联剂和20份的改性聚合物。 [0049] 一种形状记忆高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤： [0050] 步骤一：制备基础材料：取天然橡胶、聚氨酯树脂和改性聚合物在250℃下混炼，制得基础材料； [0051] 步骤二：制备形状记忆高分子聚合物：向所述基础材料中加入醋酸乙酯、二甲苯树脂、抗氧剂、防老剂D、着色剂、二氧化硅、丙烯酸丁脂、苯乙烯、乙烯基化合物、引发剂和交联剂，加热至120℃，保温5h，冷却至室温，得到形状记忆高分子聚合物。 [0052] 一种形状记忆高分子聚合物的用途，所述形状记忆高分子聚合物经过融化用于喷涂至汽车轮胎内侧。 [0053] 所述形状记忆高分子聚合物的喷涂厚度为3～10mm。 [0054] 实施例六：一种形状记忆高分子聚合物，包括以下重量份数的原料组分：120份的天然橡胶、10份的聚氨酯树脂、15份的醋酸乙酯、1份的二甲苯树脂、10份的抗氧剂、1份的防老剂D、8份的二氧化硅、8份的丙烯酸丁脂、30份的苯乙烯、2份的乙烯基化合物、5份引发剂、0.1份交联剂和60份的改性聚合物。 [0055] 一种形状记忆高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤： [0056] 步骤一：制备基础材料：取天然橡胶、聚氨酯树脂和改性聚合物在220℃下混炼，制得基础材料； [0057] 步骤二：制备形状记忆高分子聚合物：向所述基础材料中加入醋酸乙酯、二甲苯树脂、抗氧剂、防老剂、D、着色剂、二氧化硅、丙烯酸丁脂、苯乙烯、乙烯基化合物、引发剂和交联剂，加热至150℃，保温3h，冷却至室温，得到形状记忆高分子聚合物。 [0058] 一种形状记忆高分子聚合物的用途，所述形状记忆高分子聚合物经过融化用于喷涂至汽车轮胎内侧。 [0059] 所述形状记忆高分子聚合物的喷涂厚度为3mm。 [0060] 实施例七：一种形状记忆高分子聚合物，包括以下重量份数的原料组分：150份的天然橡胶、5份的聚氨酯树脂、30份的醋酸乙酯、0.5份的二甲苯树脂、15份的抗氧剂、0.5份的防老剂D、15份的二氧化硅和1份的丙烯酸丁脂。 [0061] 一种形状记忆高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤： [0062] 步骤一：制备基础材料：取天然橡胶、聚氨酯树脂在250℃下混炼，制得基础材料； [0063] 步骤二：制备形状记忆高分子聚合物：向所述基础材料中加入醋酸乙酯、二甲苯树脂、抗氧剂、防老剂D、二氧化硅和丙烯酸丁脂，加热至80℃，保温7h，冷却至室温，得到形状记忆高分子聚合物。 [0064] 一种形状记忆高分子聚合物的用途，所述形状记忆高分子聚合物经过融化用于喷涂至汽车轮胎内侧。 [0065] 所述形状记忆高分子聚合物的喷涂厚度为10mm。 [0066] 在实施例四、实施例五和实施例六中，所述乙烯基化合物为乙酸乙烯酯、乙烯、丁烯、丙烯、氯乙烯、偏氟乙烯、氟乙烯、乙烯基醚、乙烯基咔唑、乙烯基吡咯烷酮、乙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正癸酸、丙烯酸月桂酸酯、丙烯酸正十四酯、丙烯酸正十六酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-β-羟乙酯、丙烯酸-β-羟丙酯、丙烯酸环乙氧基酯、丙烯酸缩水干油酯、丙烯酸-β-乙氧基乙酯、丙烯酸二乙基氨基乙酯、月桂酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯或丙烯酸乙酯中的一种或几种； [0067] 所述引发剂为叔丁基过氧化物、叔丁基氢过氧化物、过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈、三氟化硼、三氟化硼二乙基醚合物、三氟化铭或氯化锡中的一种或几种； [0068] 所述交联剂为甲基丙烯酸乙二醇酯、二烯丙基二甘醇碳酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、辛二酸二烯丙酯、二甘醇二丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二乙烯基醚、二乙烯基二醇、癸二酸二乙烯基酯、甘油三甲基丙烯酸酯、1，5-己二烯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、N，N′-亚甲基双甲基丙烯酰胺、四丙烯酸季戊四醇酯、三丙烯酸季戊四醇酯、季戊四醇三烯丙基醚、1，5-戊二醇二甲基丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯或三甘醇二乙烯基醚中的一种或几种； [0069] 所述改性聚合物为平均分子量为5000～10000的聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯的共聚物、聚乙烯或聚丙烯中的一种； [0070] 所述形状记忆聚合物是热塑性形状记忆聚合物中的一种或者至少两种的组合，或者热固性形状记忆聚合物中的一种或者至少两种的组合，或者至少一种热塑性形状记忆聚合物与至少一种热固性形状记忆聚合物的组合；所述热塑性形状记忆聚合物包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚异戊二烯、橡胶、聚氨酯、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚醚酰亚胺、热塑性聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酰胺或聚醚砜；所述热固性形状记忆聚合物包括：环氧树脂、双马来酰亚胺、热固性聚酰亚胺、酚醛树脂、氰酸酯树脂、不饱和聚酯或丙烯酸树脂。 [0071] 形状记忆材料现在主要是特指“热致形状记忆材料”，它是形状可以由一种形状变为一种临时形状，然后在热刺激条件下又会由临时形状恢复为原来形状的材料。 [0072] 评价形状记忆材料性能主要有两个参数。一个是形状回复率，衡量形状回复的程度。另一个是形状固定率，衡量形变为临时形状后，在回复前临时形状保持的效果。这两个参数的计算式如下。当这两个参数均越接近于1时，形状记忆性能越好。 [0073] [0074] [0075] 依次检测实施例一至实施例七的上述数值，其结果见表1所示。 [0076] 表1形状记忆材料性能检测实验结果 [0077] [0078] [0079] 如表1数据可知，本发明实施例一至实施例七提供的形状记忆高分子聚合物形状记忆材料性能好，更加适宜用在轮胎上，以预防扎胎，其中最优选的实施例为实施例五。 [0080] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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