一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学透明的浅色聚合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 形状记忆聚合物（shape memory polymers, SMP)是一类能够记忆暂时形状，在外 界刺激如热、光、电、磁场等作用下可恢复起始形状的智能高分子材料。相对于形状记忆金 属合金，SMP可逆应变大、密度低、加工容易和形状回复温度便于控制等优点，已在生物医 疗、智能防治、可展开结构、驱动器装置等领域得到了应用。其中，光学透明且相转变温度为 63°C的poly (ethylene-co-vinyl acetate) SMP材料在光电子器件领域显示出巨大的应用 潜力，因为基于该透明SMP的光栅、光学镜头等光学器件可实现其光学性能的实时最优化。 然而，在很多情况下，光电器件在高温下运行，因此亟需开发具有高相变温度的透明形状记 忆聚合物以实现其光学性能在高温下的最优化。
[0003] 聚酰亚胺（PI)具有热稳定性高、机械性能优异，加工途径多样化等优点，已被广 泛应用于汽车、微电子、光电、航空航天等领域。其中，光学透明的聚酰亚胺对光电器件，如 显示用透明柔性基底，波导材料光学开关，光波线路光学半波片等具有特殊重要的意义然 而，传统的聚酰亚胺因为其较强的黄色或棕色而不适合用于光电器件。人们已采用多种方 法提高聚酰亚胺的光学性能，例如在主链中引入柔性桥联基团或较大侧基，引入含氟基团、 引入脂环烃结构等等。然而多数透明的浅色或无色聚酰亚胺薄膜厚度在几微米到十微米左 右，难以固定一个暂时形状，目前尚无关于光学透明浅色形状记忆聚酰亚胺的报道。
[0004] 作为高温形状记忆聚合物，这种形状记忆聚酰亚胺在空间展开结构、可变飞行器 副翼、高温传感器和驱动器等方面也有重要应用价值。这种材料结合了高温形状记忆效应 和光学透明性，有望进一步拓展聚酰亚胺在光学领域和形状记忆领域应用范围。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要解决现有光学透明形状记忆聚合物相转变温度较低和现有透 明聚酰亚胺厚度较低难以产生形状记忆效应，不能满足高温环境中光电子器件使用要求的 问题，而提供一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物及其制备方法。
[0006] 一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物由1，3-双（3-氨基苯氧基）苯和双 酚A型二醚二酐作为反应单体制备而成；所述的1，3-双（3-氨基苯氧基）苯与双酚A型二 醚二酐的物质的量比为（〇. 9~I. 1) : 1。
[0007] -种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的制备方法，具体是按以下步骤完成 的：
[0008] -、溶解1，3-双（3-氨基苯氧基）苯：将1，3-双（3-氨基苯氧基）苯加入到 Ν，Ν'-二甲基乙酰胺中，在室温和干燥的氮气气氛下搅拌至1，3_双（3-氨基苯氧基）苯完 全溶解，得到二胺溶液；
[0009] 步骤一中所述的1,3-双（3-氨基苯氧基）苯的物质的量与Ν, Ν'-二甲基乙酰胺 的体积比为（〇· 2mmol ~0· 50mmoI) : ImL ；
[0010] 二、制备溶胶凝胶状聚酰胺酸：将双酚A型二醚二酐分5次~7次加入到二胺溶 液中，在温度为20°C~35°C和搅拌速度为600r/min~900r/min的条件下搅拌反应16h~ 20h，得到溶胶凝胶状聚酰胺酸；
[0011] 步骤二中所述的双酚A型二醚二酐与二胺溶液中的1,3-双（3-氨基苯氧基）苯 的物质的量比为1: (〇. 9~I. 1);
[0012] 三、去除残留气泡：将溶胶凝胶状聚酰胺酸在30°C~45°C的真空干燥箱中干燥处 理2h~3h，得到不含气泡的溶胶凝胶状聚酰胺酸；
[0013] 四、热酰亚胺化：将不含气泡的溶胶凝胶状聚酰胺酸倒入基板上，以rc /min~ 2°C /min的升温速率从室温开始升温至70°C~90°C，并在温度为70°C~90°C下保温Ih~ 2h ；
[0014] 再以1°C /min~2°C /min的升温速率从70°C~90°C升温至100°C~120°C，并在 温度为l〇〇°C~120°C下保温Ih~2h ;
[0015] 再以1°C /min~2°C /min的升温速率从100°C~120°C升温至150°C~170°C，并 在温度为150°C~170°C下保温Ih~2h ;
[0016] 再以1°C /min~2°C /min的升温速率从150°C~170°C升温至180°C~200°C，并 在温度为180°C~200°C下保温Ih~2h ;
[0017] 再以1°C /min~2°C /min的升温速率从180°C~200°C升温至220°C~240°C，并 在温度为220°C~240°C下保温Ih~2h ;
[0018] 最后以1°C /min~2°C /min的降温速率从温度为220°C~240°C降温至室温，得 到含有聚酰亚胺的基板；
[0019] 五、脱膜：将含有聚酰亚胺的基板置于蒸馏水中，使聚酰亚胺从基板上脱落，再使 用蒸馏水将聚酰亚胺冲洗干净，再在温度为80°c~120°C下干燥2h~3h，得到光学透明的 浅色耐高温形状记忆聚合物，所述的光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的结构式为：
[0020]
【主权项】
1. 一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物，其特征在于一种光学透明的浅色耐 高温形状记忆聚合物由1,3-双（3-氨基苯氧基）苯和双酪A型二離二酢作为反应单体制 备而成；所述的1,3-双（3-氨基苯氧基）苯与双酪A型二離二酢的物质的量比为（0.9~ 1. 1) :1。
2. 根据权利要求1所述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物，其特征在于一 种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的结构式为：
其中，所述的n的范围为20~85,n为整数。
3. 根据权利要求2所述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物，其特征在于所 述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的数均分子量为20.Ikg/mol~52. 2kg/ mol。
4. 根据权利要求2所述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物，其特征在于所 述的n的范围为25~65。
5. -种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的制备方法，其特征在于一种光学透明 的浅色耐高温形状记忆聚合物的制备方法具体是按W下步骤完成的： 一、 溶解1，3-双（3-氨基苯氧基）苯：将1，3-双（3-氨基苯氧基）苯加入到N，N' -二 甲基己酷胺中，在室温和干燥的氮气气氛下揽拌至1,3-双（3-氨基苯氧基）苯完全溶解， 得到二胺溶液； 步骤一中所述的1,3-双（3-氨基苯氧基）苯的物质的量与N，N'-二甲基己酷胺的体 积比为（0. 2mmol~0.SOmmol) :ImL； 二、 制备溶胶凝胶状聚酷胺酸；将双酪A型二離二酢分5次~7次加入到二胺溶液中， 在温度为20°C~35°C和揽拌速度为60化/min~90化/min的条件下揽拌反应1化~20h， 得到溶胶凝胶状聚酷胺酸； 步骤二中所述的双酪A型二離二酢与二胺溶液中的1,3-双（3-氨基苯氧基）苯的物 质的量比为1: (0.9~1. 1); =、去除残留气泡：将溶胶凝胶状聚酷胺酸在30°C~45°C的真空干燥箱中干燥处理 化~化，得到不含气泡的溶胶凝胶状聚酷胺酸； 四、热酷亚胺化；将不含气泡的溶胶凝胶状聚酷胺酸倒入基板上，WrC/min~2°C/min的升温速率从室温开始升温至70°C~90°C，并在温度为70°C~90°C下保温比~化； 再WrC/min~2°C /min的升温速率从70°C~90°C升温至100°C~120°C，并在温度 为100°C~120°C下保温比~化； 再Wrc/min~2°C /min的升温速率从100°C~120°C升温至150°C~170。并在温 度为150°C~170°C下保温比~化； 再WrC/min~2°C /min的升温速率从150°C~170°C升温至180°C~200。并在温 度为180 °C~200 °C下保温比~化； 再WrC/min~2°C/min的升温速率从180°C~200°C升温至220°C~240°C，并在温 度为220 °C~240 °C下保温比~化； 最后WrC/min~2°C/min的降温速率从温度为220°C~240°C降温至室温，得到含 有聚酷亚胺的基板； 五、脱膜：将含有聚酷亚胺的基板置于蒸馈水中，使聚酷亚胺从基板上脱落，再使用蒸 馈水将聚酷亚胺冲洗干净，再在温度为80°C~120°C下干燥化~化，得到光学透明的浅色 耐高温形状记忆聚合物，所述的光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的结构式为：
其中，所述的n的 ? 范围为25~65,n为整数。
6. 根据权利要求5所述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的制备方法，其 特征在于步骤一中所述的1,3-双（3-氨基苯氧基）苯的物质的量与N，N'-二甲基己酷胺 的体积比为（0. 2mmol~0. 3mmol) : 1血。
7. 根据权利要求5所述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的制备方法，其 特征在于步骤一中所述的1,3-双（3-氨基苯氧基）苯的纯度大于97%。
8. 根据权利要求5所述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的制备方法，其 特征在于步骤二中所述的双酪A型二離二酢的纯度大于97%。
9. 根据权利要求5所述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的制备方法，其 特征在于步骤=中将溶胶凝胶状聚酷胺酸在35°C~45°C的真空干燥箱中干燥处理2.化~ 3h，得到不含气泡的溶胶凝胶状聚酷胺酸。
10. 根据权利要求5所述的一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物的制备方法， 其特征在于步骤四中将不含气泡的溶胶凝胶状聚酷胺酸倒入基板上，W1. 5°C/min~2°C/ min的升温速率从室温开始升温至80°C~90°C，并在温度为80°C~90°C下保温1.化~ 2h; 再W1. 5°C/min~2°C/min的升温速率从80°C~90°C升温至110°C~120°C，并在温 度为110°C~120°C下保温1.化~化； 再W1. 5°C/min~2°C/min的升温速率从110°C~120°C升温至160°C~170°C，并在 温度为160°C~170°C下保温1.化~化； 再W1. 5°C/min~2°C/min的升温速率从160°C~170°C升温至190°C~200°C，并在 温度为190°C~200°C下保温1.化~化； 再W1. 5°C/min~2°C/min的升温速率从190°C~200°C升温至230°C~240°C，并在 温度为230 °C~240 °C下保温1.化~化； 最后W1. 5°C/min~2°C/min的降温速率从温度为230°C~240°C降温至室温，得到 含有聚酷亚胺的基板。
【专利摘要】一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物及其制备方法，它涉及一种光学透明的浅色聚合物及其制备方法。本发明的目的是要解决现有光学透明形状记忆聚合物相转变温度较低和现有透明聚酰亚胺厚度较低难以产生形状记忆效应，不能满足高温环境中光电子器件使用要求的问题。一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物由1,3-双(3-氨基苯氧基)苯和双酚A型二醚二酐作为反应单体制备而成；结构式为：制备方法：一、溶解1,3-双(3-氨基苯氧基)苯；二、制备溶胶凝胶状聚酰胺酸；三、去除残留气泡；四、热酰亚胺化；五、脱膜，得到光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物。本发明可获得一种光学透明的浅色耐高温形状记忆聚合物。
【IPC分类】C08G73-10
【公开号】CN104788675
【申请号】CN201510194023
【发明人】肖鑫礼, 孔德艳, 邱雪英, 张文博, 张申, 胡杨
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月22日