CN110041572A - 一种生物基杜仲胶记忆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种生物基杜仲胶记忆材料及其制备方法，涉及一种橡胶及其制备方法，述材料组合物包括如下重量份的各组分：杜仲胶EUG，80~100份；聚乙二醇PEG，1‑5份；防老剂，1~3份；促进剂，1‑2份；补强剂，20~30份；活化剂6‑8份；硫化剂，0.5~2份。先称取杜仲胶、防老剂、促进剂、补强剂和硫化剂，把将EUG在开炼机上塑炼，依次加入PEG、氧化锌、促进剂、防老剂、补强剂、石蜡油，最后放入促进剂NS以及不同份数的硫磺，将试样放在平板硫化机上硫化，即可。本发明生物基杜仲胶记忆材料当温度达相应转变温度以上，可达400%~500%的形变量；本发明改进形状记忆聚氨酯力学强度，使得生物基杜仲胶记忆材料具有高交联度，力学强度大。

Description

一种生物基杜仲胶记忆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶及其制备方法，特别是涉及一种生物基杜仲胶记忆材料及其制备方法。

背景技术

形状记忆材料作为一种智能材料，其能够固定临时形状，并且当受到外界刺激如热、pH、湿气、光、电等，能够恢复到他们的初始形状。由于形状记忆材料在我们的生活和工业上有巨大的潜在应用，因此其受到了人们的广泛关注。目前，由于形状记忆材料在高附加值技术应用中的作用日益重要，形状记忆材料的发展受到了大家的密切关注。热适性形状记忆材料的出现极大地推动了形状记忆材料的发展。它将传统的弹性和固态塑性结合在同一种材料中，通过固态塑性能够实现几何复杂的初始形状，不需要宏观的融化或模具的辅助，这独特的性能进一步促进了具有复杂初始形状的形状记忆材料的合成。

例如，记忆合金的形变量相较于形状记忆高分子（SMP）的形变量要小，形状记忆合金比普通不锈钢更易达到疲劳强度（多次重复变形后断裂），而且在生产过程中，比传统的钢或铝合金的制造成本更高。而后，材料学家开始开发与形状记忆合金相似且具有形状记忆效应的形状记忆聚合物（SMP）；SMP中的交联聚乙烯作为管材时只能用金属件连接，不能回收重复利用；郑宁等发现传统的热适性聚氨酯能够通过转氨甲酰作用实现网络重排从而实现初始形状的再赋型，通过折纸实现了很好的形状变形。然而，目前存在着一个很重要的问题是应力必须完全松弛才能获得所需要的准确的应变，主要是由于应变远远滞后于相应的应力松弛，应变和相应的应力松弛之间差的线性相关性造成在应力松弛期间应变的不可预测性，因此，准确的应变只能够通过完全的应力松弛来实现。尽管在一个较高的温度下，在一个相对较短的时间内可以通过完全应力松弛来实现准确的应变，但是过高的温度会造成材料在应力松弛期间的分解氧化，在较低的温度下，完全的应力松弛会耗费大量的时间，非常不利于形状记忆材料的大量加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物基杜仲胶记忆材料及其制备方法，本发明生物基杜仲胶记忆材料当温度达相应转变温度以上，可达400%~500%的形变量；本发明改进形状记忆聚氨酯力学强度，使得生物基杜仲胶记忆材料具有高交联度，力学强度大。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种生物基杜仲胶记忆材料，所述材料组合物包括如下重量份的各组分：杜仲胶EUG，80~100份；聚乙二醇PEG，1-5份；防老剂，1~3份；促进剂，1-2份；补强剂，20~30份；活化剂6-8份；硫化剂，0.5~2份。

所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，所述组合物还包括如下重量份为4~6份的石蜡油（操作油）。

所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，所述防老剂为防老剂4020或4010NA。

所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，所述促进剂为促进剂NS。

所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，所述补强剂为纳米二氧化硅.

所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，所述活化剂为硬脂酸和ZnO。

所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，所述聚乙二醇（PEG）分子量为4000-6000。

一种生物基杜仲胶记忆材料的制备方法，所述方法包括以下制备步骤：

先称取杜仲胶、防老剂、促进剂、补强剂和硫化剂，把开炼机升温至65°C，将EUG在开炼机上塑炼，薄通10次，使其均匀包裹在开炼机上，不断增大双辊之间的距离，依次加入PEG、氧化锌、促进剂、防老剂、补强剂、石蜡油，最后放入促进剂NS以及不同份数的硫磺，待其混匀后出片；将试样放在平板硫化机上硫化，硫化温度150℃，压力120MPa，硫化时间30min即可。

本发明的优点与效果是：

本发明改进记忆合金形变量小的缺点，该生物基杜仲胶记忆材料当温度达相应转变温度以上，可达400%~500%的形变量；本发明改进形状记忆聚氨酯力学强度低的缺点，生物基杜仲胶记忆材料具有高交联度，力学强度较大。本发明可制备替代交联聚乙烯的接头管材，利用该记忆材料的记忆性能，不但可以使接头处易于操作，还可以提高连接处的密封性和耐腐蚀性。本发明的具有橡塑二重性的高分子记忆材料，分子链有较强的有序型结构，更容易规则排列形成结晶，由于晶格具有束缚作用，使得分子链不能自由移动，赋予了杜仲胶独特的橡塑二重性，适当交联后可达到交联与结晶两种结构共存，这是其他橡胶所不能比拟的。该记忆材料形变量大、力学强度高，是一种很有使用前景的记忆材料。

附图说明

图1为本发明材料温度下硫磺形变回复率曲线；

图2为本发明材料回复趋势变化率；

图3为本发明材料拉伸强度曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。

本发明组合物包括如下重量份的各组分：EUG，80~100份；PEG，1-5份；防老剂，1~3份；促进剂，1~2份；补强剂，20~30份；活化剂6-8份，硫化剂，0.5~2份。

在上述方案中优选的是，所述组合物包括如下重量份的各组分：EUG，100份；PEG，5份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，2份。

在上述任一方案中优选的是，所述组合物包括如下重量份的各组分：EUG，100份；PEG，1份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，0.5份。

在上述任一方案中优选的是，所述组合物包括如下重量份的各组分：EUG，100份；PEG，2份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，1份。

在上述任一方案中优选的是，所述组合物包括如下重量份的各组分：EUG，100份；PEG，4份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，1.5份。

在上述任一方案中优选的是，所述组合物还包括如下重量份为4~6份的石蜡油（操作油）。

在上述任一方案中优选的是，所述组合物还包括如下重量份为5份的石蜡油（操作油）。

在上述任一方案中优选的是，所述防老剂为防老剂4020或4010NA。

在上述任一方案中优选的是，所述促进剂为促进剂NS。

在上述任一方案中优选的是，所述补强剂为纳米二氧化硅。

在上述任一方案中优选的是，配料和使用方法为：先称所述杜仲胶，防老剂，促进剂，补强剂和硫化剂，把开炼机升温至65°C，将EUG在开炼机上塑炼，薄通10次左右，使其均匀包裹在开炼机上，不断增大双辊之间的距离，依次加入氧化锌、促进剂、防老剂、补强剂、切片石蜡，最后放入促进剂NS以及不同份数的硫磺，待其混匀后出片。将试样放在平板硫化机上硫化，硫化温度150℃，压力120MPa，硫化时间30min。

本发明的记忆材料组合物是在原天然橡胶与杜仲胶共混记忆材料配方的基础上改进，橡胶全部改用杜仲胶组成。

实施例1：一种生物基杜仲胶记忆材料组合物，包括EUG，100份；PEG，5份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，2份。其中，所述防老剂为防老剂4020，所述补强剂为纳米二氧化硅，所述促进剂为促进剂NS。

实施例2：一种生物基杜仲胶记忆材料组合物，包括EUG，100份；PEG，1份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，0.5份。其中，所述防老剂为防老剂4010NA，所述补强剂为纳米二氧化硅，所述促进剂为促进剂NS。

实施例3：一种生物基杜仲胶记忆材料组合物，包括EUG，100份；PEG，2份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，1份。其中，所述防老剂为防老剂4020，所述补强剂为纳米二氧化硅，所述促进剂为促进剂NS。

实施例4：一种生物基杜仲胶记忆材料组合物，EUG，100份；PEG，4份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，1.5份。其中，所述防老剂为防老剂4010NA，所述补强剂为纳米二氧化硅，所述促进剂为促进剂NS。

实施例5：一种生物基杜仲胶记忆材料组合物，包括EUG，100份；PEG，5份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，25份；活化剂，7份；硫化剂，2份。其中，所述防老剂为防老剂4010NA，所述补强剂为纳米二氧化硅，所述促进剂为促进剂NS。

实施例6：一种生物基杜仲胶记忆材料组合物，包括EUG，100份；PEG，1份；防老剂，2份；促进剂，1.2份；补强剂，20份；活化剂，7份；硫化剂，0.5份。其中，所述防老剂为防老剂4020，所述补强剂为纳米二氧化硅，所述促进剂为促进剂NS。

本发明提供的一种有益效果是：(1)本发明提供的生物基杜仲胶记忆材料具有独特的橡塑二重性，与普通橡胶相比，室温下常温下结晶，材质较硬，呈现热塑性材料状态；与塑料相比，具有低熔点和优异的低温塑性加工性；加热至一定温度，表现出橡胶的高弹态，具有较低的回复温度，同时具有更高的韧性。（2）本发明提供的生物基杜仲胶记忆材料具有与其他橡胶和塑料材料的优异相容性。纯杜仲胶没有颜色，杜仲胶制品由于添加了染料而带有各种颜色。（3）用杜仲胶为原材料所制成的产品，不存在催化剂残留现象，也没有任何毒副作用，应用前景十分广泛。

附图说明图1、图2是实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的生物基杜仲胶记忆材料的记忆性能指标图；图3是实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的生物基杜仲胶记忆材料的力学性能指标图。

由图1可以看出，同一温度下，随着硫磺份数的增加，形变回复率曲线向左移动；40℃之前，0.5~1.5份硫磺的Rr变化不大，2份硫磺的Rr远大于0.5~1.5份硫磺的Rr；40℃后，硫磺份数越大，同一温度下的Rr越高；当硫磺份数为2份时，Rr最大；EUG的形变回复温度范围为40℃~55℃；当硫磺份数为2份时，形变回复温度范围可缩小到30~45℃。 在EUG胶料中加入一定量的硫磺，胶料会产生适当的交联，当杜仲胶同时具有交联网络结构和结晶结构时就会表现出良好的形状记忆性能。图2，随着硫磺用量的增加，这种交联网络越多，回复趋势越明显。随着硫磺份数的增加，R_R先减小后增加，硫磺为2份时，R_R有最大值。由图3可以看出随硫磺用量的增大，抗拉强度先增大后减小，在硫磺份数为1.5时有最大值；断裂伸长率随硫磺用量的增加而增加。

综上所述，本发明提供了一种生物基杜仲胶记忆材料，该生物基杜仲胶记忆材料具有独特的橡塑二重性。当温度达相应转变温度以上，可达400%~500%的形变量,高交联度，力学强度较大,适当交联后可达到交联与结晶两种结构共存,形变回复率高，回复温度低，约60℃左右。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。

Claims (8)

1.一种生物基杜仲胶记忆材料，其特征在于，所述材料组合物包括如下重量份的各组分：杜仲胶EUG，80~100份；聚乙二醇PEG，1-5份；防老剂，1~3份；促进剂，1-2份；补强剂，20~30份；活化剂6-8份；硫化剂，0.5~2份。

2.根据权利要求1所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，其特征在于，所述组合物还包括如下重量份为4~6份的石蜡油（操作油）。

3.根据权利要求1所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂4020或4010NA。

4.根据权利要求1所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，其特征在于，所述促进剂为促进剂NS。

5.根据权利要求1所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，其特征在于，所述补强剂为纳米二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，其特征在于，所述活化剂为硬脂酸和ZnO。

7.根据权利要求1所述的一种生物基杜仲胶记忆材料，其特征在于，所述聚乙二醇（PEG）分子量为4000-6000。

8.一种生物基杜仲胶记忆材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤：

先称取杜仲胶、防老剂、促进剂、补强剂和硫化剂，把开炼机升温至65°C，将EUG在开炼机上塑炼，薄通10次，使其均匀包裹在开炼机上，不断增大双辊之间的距离，依次加入PEG、氧化锌、促进剂、防老剂、补强剂、石蜡油，最后放入促进剂NS以及不同份数的硫磺，待其混匀后出片；将试样放在平板硫化机上硫化，硫化温度150℃，压力120MPa，硫化时间30min即可。