聚甲基丙烯酸甲酯/星形聚乙二醇半互穿聚合物网络的形状记忆性能和分子机理

李兴建, 吴瑞清, 来婧娟, 潘　毅, 郑朝晖, 丁小斌

(1. 中国科学院成都有机化学研究所, 成都 610041; 2. 中国科学院大学, 北京 100039)



聚甲基丙烯酸甲酯/星形聚乙二醇半互穿聚合物网络的形状记忆性能和分子机理

李兴建1,2, 吴瑞清1,2, 来婧娟1,2, 潘毅1, 郑朝晖1, 丁小斌1

(1. 中国科学院成都有机化学研究所, 成都 610041; 2. 中国科学院大学, 北京 100039)

采用非共价复合方法, 设计并合成了具有星形结构的聚甲基丙烯酸甲酯/星形聚乙二醇半互穿聚合物网络(PMMA/SPEG)和聚甲基丙烯酸甲酯/线性聚乙二醇半互穿聚合物网络(PMMA/LPEG). 研究了PEG分子量对PMMA/SPEG和PMMA/LPEG的热性能、 机械性能、 动态机械性能和形状记忆性能的影响. 结果表明, 与PMMA/LPEG相比, 星形结构的嵌入显著提高了PMMA/SPEG复合物的机械性能、 形状回复率和回复速度. 采用Edwards管道模型理论对其形状记忆效应的分子机理进行了阐释, 利用材料的应力松弛特性对机理分析进行了验证.

星形结构; 形状记忆高分子; 半互穿聚合物网络; 聚乙二醇; 聚甲基丙烯酸甲酯

形状记忆高分子(SMP)是一种可以响应外界刺激, 并调整自身状态参数, 从而回复到预先设定状态的智能高分子材料. 由于SMP材料具有刺激方式多样化、 变形量大、 响应条件可调及质轻价廉等特点[1,2], 在智能纺织材料[3,4]、 生物医用材料[5,6]、 航空航天技术[7,8]、 信息载体[9,10]和微流体控制技术[11,12]等领域具有广阔的应用前景. 但由于SMP材料存在形状回复力小、 回复速度慢、 回复精度低及重复记忆效果不理想等问题限制了SMP材料的应用, 因此通过结构设计和新的合成技术等研究开发具有高性能的形状记忆材料是目前研究的主要方向[13,14]. 目前, 网络结构化设计备受关注[15], 具有代表性的网络结构包括互穿网络结构、 AB型网络结构及星型网络结构等. Peng等[16～19]设计并制备了一系列聚丙烯酸酯类/聚乙二醇半互穿网络, 显著提高了SMP材料的回复率和回复速度. Lendlein等[20,21]制备了一系列以丙烯酸酯为共单体, 大分子为交联剂的AB型交联网络SMP材料, 大大提高了SMP材料的机械性能和回复速度. Lendlein等[22～24]和Wang等[25～27]将具有星型结构的三臂和四臂脂肪族大分子通过交联制备了一系列多功能SMP材料, 星型结构的引入增强了高分子网络的规整性, 为制备快速、 完全回复以及循环寿命长的可降解SMP材料提供了一种有效的方法.

本文结合半互穿网络结构和星形聚合物的结构特点, 将星形聚乙二醇引入到聚甲基丙烯酸甲酯的SMP网络中, 设计、 合成了形状记忆聚甲基丙烯酸甲酯/星形聚乙二醇半互穿网络(PMMA/SPEG)和聚甲基丙烯酸甲酯/线性聚乙二醇半互穿聚合物网络(PMMA/LPEG), 研究了PMMA/SPEG和PMMA/LPEG的结构与形状记忆性能之间的构效关系, 探讨了聚合物网络中PEG的分子量对PMMA/SPEG和PMMA/LPEG性能的影响; 采用Edwards管道模型理论[28]对其形状记忆效应的分子机理进行了阐释, 利用材料的应力松弛特性对机理分析进行了验证.

1　实验部分

1.1试剂与仪器

甲基丙烯酸甲酯(MMA), 分析纯, 成都市科龙化工试剂厂, 经减压蒸馏后使用; 偶氮二异丁腈(AIBN), 化学纯, 用乙醇重结晶二次后使用; 乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA), 纯度98%, 直接使用, 美国Sigma-Aldrich公司; 聚乙二醇(LPEG,Mw=1000, 2000, 5000), 于70 ℃真空干燥7 h后使用, 美国Sigma-Aldrich公司; 三臂星型聚乙二醇(SPEG,Mw=3000, 6000, 15000), 于70 ℃真空干燥7 h后使用, 加拿大Polymer Source公司.

Q2000型差示扫描量热(DSC)仪, 美国TA公司, 测试氛围为N2气, 温度范围为-50～150 ℃, 升温速率为10 ℃/min, 测试之前样品被加热到150 ℃, 然后以10 ℃/min的降温速率冷却到-50 ℃消除热历史; Q800型动态热机械分析(DMA)仪, 美国TA公司, 拉伸模式, 测试频率为1 Hz, 升温速率为3 ℃/min, 温度范围为0～150 ℃; Q800型DMA, 利用拉伸模式进行应力松弛测试, 测试前首先将样品加热到玻璃化转变温度(Tg), 平衡5 min, 然后降温至30 ℃, 平衡10 min, 控制程序拉伸应变量为1.00%, 松弛过程持续50 min; Tinius Olson H10K-T万用拉力机, 美国Tinius Olsen公司, 应变速率为5 mm/min.

1.2PMMA/SPEG和PMMA/LPEG的制备

将15 g MMA, 9.2 g SPEG或LPEG, 0.075 g AIBN和0.075 g EGDMA充分混合, 通N2气30 min, 然后将混合液迅速注入由硅橡胶密封(1 mm厚)的玻璃板中, 采用自由基本体聚合反应, 于55 ℃反应24 h. 所有的样品从100 ℃自然冷却到室温, 并真空干燥5 d, 以除去未反应的单体. 在干燥过程中, 质量损失几乎可以忽略, 说明单体到聚合物的转化近似为100%. 根据SPEG的分子量3000, 6000, 15000, 将PMMA/SPEG命名为A1, A2, A3; 同理, 根据LPEG的分子量1000, 2000, 5000, 将LPEG命名为B1, B2, B3. 所有样品中PEG的质量分数为38%, 交联剂的质量分数为0.5%.

1.3形状记忆性能测试

在Q800型DMA上采用控制力模式进行形状记忆性能测试. 典型的形状记忆测试循环包括: (1)将样条置于炉腔中, 以3 ℃/min的升温速率将样条加热至形状转变温度(Td), 并恒温5 min, 然后施加应力拉伸样条至所需应变(εl); (2)维持应力, 以5 ℃/min的降温速率将温度降至形状固定温度(Tf), 恒温5 min; (3)卸载应力, 恒温5 min, 记录此时的应变εu; (4)保持应力为零, 以3 ℃/min的升温速率升温至形状回复温度(Tr=Td), 恒温至形变不再发生变化, 此时的形变记录为εp; 重复以上步骤进行2～N次循环的测试.

材料的形状固定率(Rf)按Rf(N)=εu(N)/εl(N)计算, 形状回复率(Rr)按Rr(N)=[εl(N)-εp(N)]/[εl(N)-εp(N-1)]计算, 其中,N为循环周期数. 样品的形状回复速度(Vr)通过Vr=0.8×βh/(T90-T10)计算, 其中,βh为样品形状回复过程中的升温速率(3 ℃/min),T90和T10分别为形状回复过程中形状回复率达90%和10%时所对应的温度.

2　结果与讨论

2.1热性能分析

在保持体系交联密度不变的情况下考察了SPEG和LPEG的分子量对PMMA网络中PEG结晶形态的影响, 热性能数据列于表1. 由表1可知, 随着PEG分子量的增大, PMMA/LPEG(样品B1～B3)的熔融焓值逐渐增大, 结晶度从3.7%增大到4.0%, 而PMMA/SPEG中只有样品A3具有熔融焓值, 而且低于相应的PMMA/LPEG. 这是因为当SPEG分子量较低时, SPEG中星形结构的存在扰乱了SPEG的结晶, 导致结晶完善程度和结晶度较低, 样品A1和A2都没出现SPEG的结晶熔融峰. 此外, 随着SPEG分子量的增大, 星形结构中核的存在对SPEG结晶的影响逐渐降低, SPEG的结晶逐渐完善, 出现结晶熔融温度, 结晶度达到2.9%.

Table 1　　　　Thermal properties of PMMA/SPEG and PMMA/LPEG

2.2机械性能分析

Fig.1　Mechanical properties of PMMA/SPEG(a, b) and PMMA/LPEG(c, d) obtained at 25 ℃ as a function of PEG molecular weight in the PMMA networks, respectively

PEG分子量对2种不同网络结构机械性能的影响见图1. 当SPEG臂长较短时, PMMA/SPEG的断裂伸长率高于相应的PMMA/LPEG. 但A3的断裂伸长率稍低于B3, 这可能是因为星形聚合物臂长较大时, 整个分子的体积尺寸过大, 与单一的LPEG分子链相比, SPEG在网络内部的扩散速度较慢, 其支化点在拉伸过程中不易移动, 导致PMMA/SPEG的断裂伸长率低于相应的PMMA/LPEG. 从图1可以看出, PMMA/SPEG的拉伸强度高于相应的PMMA/LPEG, 这是因为体系内部SPEG存在星形结构, 使其有较大的排除体积, SPEG的扩散波动能有效松弛外部施加的局部应力和耗散产生裂纹的能量[29], 使PMMA/SPEG的机械性能优于PMMA/LPEG.

2.3动态力学性能分析

图2给出PMMA/SPEG和PMMA/LPEG的储能模量-温度及损耗因子-温度图谱. 可以发现PMMA/SPEG和PMMA/LPEG体系表现出类似的动态热力学行为. PMMA/SPEG的初始储能模量低于相应的PMMA/LPEG的初始储能模量. 基于DSC分析, PMMA/LPEG体系具有更好的结晶性能, 网络结构中具有更强的物理交联作用, 因此该体系的初始储能模量更高. 另外, PMMA/SPEG和PMMA/LPEG的初始储能模量均随SPEG和LPEG分子量的增大而增大. 这是因为在PMMA网络中, 随着SPEG和LPEG分子量的增加, 分子链段增长, 与PMMA网络缠绕点增多, 起到了物理交联点的作用. 随着分子量的增加, SPEG和LPEG与PMMA网络的相分离也越来越严重, 即在PMMA网络中存在更多的PEG晶体, 这些晶体同样能起到物理交联点的作用, 即所谓的弥散强化作用, 进一步阻碍聚合物链段的运动. 因此, 随着PEG分子量的增加, PMMA/SPEG和PMMA/PEG的初始储能模量也随之增加.

Fig.2　　　　Storage modulus(E′)-temperature(a—c) and loss angle(tanδ)-temperature(a′—c′) curves of PMMA/SPEG(A) and PMMA/LPEG(B)

另一方面, 由DSC数据可知, 在所有复合体系中, 由于PEG和PMMA相容或部分相容, 使富PMMA相的Tg较纯PMMA(Tg≈105 ℃)大幅度降低, 因此所有样品的Tg都比纯PMMA低. 随着PEG分子量在PMMA网络中增大, 体系相容性降低, 相分离程度明显, 增韧作用降低, 复合材料的Tg逐渐增大. 与PMMA/LPEG相比, 对应的PMMA/SPEG系列的Tg要低, 这主要是因为SPEG存在支化点, 扰乱了结晶, 使得SPEG在PMMA网络中相容性更好, 增韧作用更好, 使Tg下降.

2.4形状记忆性能分析

为了降低所选温度对材料固定率的影响, 选择Tg曲线在低温区为直线时的温度为Tf, 选取Tf=10 ℃, 此时所有样品的分子链几乎被完全冻结. 以样品的Tg为形状记忆过程的Td和Tr, 2个体系所有样品的形状记忆效应见图3～图8. PMMA/SPEG系列所有样品的固定率都在98.7%左右, 而且展现了优异的形状记忆性能, 样品的暂时形状能够完全回复到原始形状, 回复率达到100%. 与PMMA/SPEG体系相比, PMMA/LPEG系列所有样品的回复率稍有降低, 随着LPEG分子量的增大, 回复率从91.3%增大到95.0%; PMMA/LPGE具有更好的固定率, 维持在99.5%, 随着LPEG分子量的增大, 固定率略有下降. 这主要是因为随着LPEG分子量的增大, 体系中物理缠结作用增强, 在相同的Tf下不能完全冻结具有更强回弹力的聚合物链段, 使固定率略有降低; 同时由于缠结作用增强, PMMA/LPGE在固定时存储的内应力增大, 所以PMMA/LPGE的回复率随着LPEG分子量增大有所提高.

Fig.3　Free-strain recovery shape-memory effect of sample A1 at Td=Tr=Tg=66 ℃ and Tf=10 ℃(Rf=98.8%, Rr=100%)

Fig.4　Free-strain recovery shape-memory effect of sample B1 at Td=Tr=Tg=67 ℃ and Tf=10 ℃(Rf=99.6%, Rr=91.3%)

Fig.5　Free-strain recovery shape-memory effect of sample A2 at Td=Tr=Tg=70 ℃ and Tf=10 ℃(Rf=98.6%, Rr=100%)

Fig.6　Free-strain recovery shape-memory effect of sample B2 at Td=Tr=Tg=75 ℃ and Tf=10 ℃(Rf=99.5%, Rr=92.2%)

Fig.7　Free-strain recovery shape-memory effect of sample A3 at Td=Tr=Tg=77 ℃ and Tf=10 ℃(Rf=98.8%, Rr=99.9%)

Fig.8　Free-strain recovery shape-memory effect of sample B3 at Td=Tr=Tg=79 ℃ and Tf=10 ℃(Rf=99.2%, Rr=95.0%)

2.5形状回复速率分析

由于2个体系中样品A1和B1的Tg最为接近, 只相差1 ℃, 因此选择A1和B1考察Td对Vr的影响. 分别选择40, 50, 60, 75和90 ℃作为A1和B1的Td,Tf和Tr统一为10和90 ℃. 为了减少不可控的因素, 选用同一个样条, 依次以不同的Td进行形状记忆循环测试, A1和B1的形状记忆循环如图9所示. 根据Vr的计算公式和不同Td下的形状记忆效应曲线得到了每个样品在不同Td时的Vr(表2). 可

Fig.9　　　　Cyclic shape memory effect of sample A1(A) and sample B1(B) at Td=40, 50, 60, 75, 90 ℃, Tf=10 ℃ and Tr=90 ℃

Table 2Relationship betweenVrandTdof PMMA/SPEG and PMMA/LPEG

Td/℃Vr/min-1A1B1400.300.27500.330.30600.310.24750.210.16900.090.08

以看出, 在不同Td下, PMMA/SPEG(A1)的Vr都高于相应的PMMA/LPEG(B1), 当Td在Tg附近时, 差距更加明显. 当Td

2.6形状记忆分子机理

图10给出样品A1和B1的宏观形状记忆效应, 其中形状回复过程采用恒温热台进行加热(Tr=70 ℃). 与Vr分析一致, 样品A1具有更快的Vr, 从条状的暂时形状逐渐回复到原始的螺旋形大约需要43 s, 而样品B1需要大约67 s. 对于这2个体系, 具有相同的形状记忆机理, 它们的化学交联网络作为网点决定材料的永久固定形状, 而这2个体系的玻璃化转变过程作为可逆相或分子开关负责材料暂时形状的固定和回复. 不同的是它们的网络结构略有差异, 虽然PMMA/SPEG和PMMA/LPEG体系中PEG的含量是相同的, 而且SPEG每个单链的分子量和LPEG的分子量相同, 但SPEG中存在星形结构, 这也是为什么这2个体系的形状记忆性能明显不同的原因所在.

Fig.10　Series of photographs showing the macroscopic shape-memory effect of A1(red) and B1(black) sample Permanent shape is a spiral(A), temporary shape(B) is a rod. The pictures show the transition from temporary to permanent shape(B—G) at Tg. t/s: (B) 0; (C) 10; (D) 20; (E) 30; (F) 43; (G) 67.

根据Edwards等[28]的管道模型理论, 在高分子网络中分子链能够通过自身运动, 爬行脱离被包围的“管道”而进入另一个新的“管道”. 但是当分子链的构造不同时, 其运动形式也将显著不同. 对于星形聚合物, 当其沿某一臂的“管道”方向运动时, 就必须拖动其余的臂一起运动, 由于支化点阻碍了分子链的爬行, 自由状态下星形聚合物构象的改变过程分为两步, 首先每个臂沿着各自的“管道”回缩到一定程度, 然后再进入新的“管道”, 完成整个分子链构象的变化, 这使得星形聚合物的熵显著降低[30]. 由于SMP材料的分子机理的本质是基于体系内部分子链构象变化的熵增加原理, 因此在外力作用过程中, 星形聚合物构象熵的变化较大, 存储的内应力更大. 当升高温度到玻璃化转变温度以上时, 星形聚合物通过臂的回缩改变分子链的构象, 材料得以回复. 与线形高分子相比, 星形结构的存在有利于得到更高的形状回复率和更快的回复速度. 因此, PMMA/SPEG体系展现了更加完美的形状回复性能和较快的形状回复速度. 另一方面, 根据管道模型理论, 处于固定网络中的线形分子链通过管长涨落和爬行来摆脱束缚, 以此使应力产生松弛. 由于星形结构的存在使聚合物具有更大构象变化, 因此导致星形聚合物的应力松弛或蠕变现象比线形高分子更明显, 这也是PMMA/SPEG体系固定率会略低于PMMA/LPEG体系的原因.

2.7应力松弛分析

由于应力松弛现象从本质上反映了高分子链段的微观运动, 与形状记忆效应的本质和分子机理有直接关系, 为了分析网络结构对形状记忆性能的影响, 考察了PMMA/SPEG和PMMA/LPEG体系的应力松弛现象(图11). 可以看出, PMMA/SPEG和PMMA/LPEG体系的起始松弛模量几乎相同, 都在0.95 MPa左右; 松弛模量都随着时间的延长而很快保持恒定, 而且稳定后的松弛模量随着PEG分子量的增大而增大. 由于PEG分子量越大, 它在PMMA网络中的缠结作用越强, 而且PEG的结晶性逐渐增强, 分子链运动能力被逐渐抑制, 因此, 随着网络体系中PEG分子量的增大, 松弛模量逐渐增大.

Fig.11　　　　Stress relaxation of PMMA/SPEG(A) and PMMA/LPEG(B) at Tg(A) a. A1; b. A2; c. A3; (B) a. B1; b. B2; c. B3.

另一方面, PMMA/SPEG体系中所有样品的松弛模量都小于相应的PMMA/LPEG体系, 这可能是因为, 与LPEG相比, 存在于网络内部孔洞中的SPEG具有更明显的分子链构象的变化, 即SPEG由于支化点的存在使PEG分子链产生更大的形变, 因此PMMA/SPEG体系具有更明显的应力松弛, 即产生的蠕变较大. 以上的应力松弛分析结果表明, Edwards管道模型理论对星形结构的存在有利于提高形状记忆性能的理论分析是合理的. 以上结果表明, 材料的应力松弛越明显, 蠕变越大, SMP材料的固定率越低, 回复速度越高, 这与Ratna等[31]的研究结果一致.

综上所述, 从材料的分子结构入手, 采用非共价复合的方法设计合成了PMMA/SPEG半互穿聚合物网络体系. 由于星形结构的引入, 聚合物网络体系在赋形过程中熵显著降低, 这样将储存更多的内应力, 从而产生较大和较快的形状回复. 与PMMA/LPEG相比, PMMA/SPEG展现了优异的形状记忆性能, 形状回复率均接近100%, 同时具有更快的回复速度和机械性能.

[ 1 ]Lendlein A., Kelch S.,Angew.Chem.Int.Ed., 2002, 41(12), 2034—2057

[ 2 ]Xie T.,Polymer, 2011, 52(22), 4985—5000

[ 3 ]Meng Q. H., Hu J. L., Zhu Y., Lu J., Liu B. H.,TextRes.J., 2009, 79(16), 1522—1533

[ 4 ]Hu J. L., Meng H., Li G. Q., Ibekwe S. I.,SmartMater.Struct., 2012, 21(5), 053001

[ 5 ]Lendlein A., Langer R.,Science, 2002, 296(5573), 1673—1676

[ 6 ]Brosnan S. M., Brown A. H., Ashby V. S.,J.Am.Chem.Soc., 2013, 135(8), 3067—3072

[ 7 ]Reed J. L., Hemmelgarn C. D., Pelley B. M., Havens E.,Proc.SPIE, 2005, 5762, 132—142

[ 8 ]Sokolowski W. M., Tan S. C.,J.Spacecr.Rocket., 2007, 44(4), 750—754

[ 9 ]Pretsch T., Ecker M., Schildhauer M., Maskos M.,J.Mater.Chem., 2012, 22(16), 7757—7766

[10]Gall K., Kreiner P., Turner D., Hulse M.,J.Microelectromech.Syst., 2004, 13(3), 472—483

[11]Ebara M., Uto K., Idota N., Hoffman J. M., Aoyagi T.,Adv.Mater., 2012, 24(2), 273—278

[12]Ebara M., Uto K., Idota N., Hoffman J. M., Aoyagi T.,SoftMatter, 2013, 9(11), 3074—3080

[13]Zhao Q., Qi H. J., Xie T.,Prog.Polym.Sci., 2015, 49, 79—120

[14]Hu J. L., Zhu Y., Huang H. H., Lu J.,Prog.Polym.Sci., 2012, 37(12), 1720—1763

[15]Li X. J., Wang Y. R., Zheng Z. H., Ding X. B., Peng Y. X.,Prog.Chem., 2013, 25(10), 1726—1738(李兴建, 王亚茹, 郑朝晖, 丁小斌, 彭宇行. 化学进展, 2013, 25(10), 1726—1738)

[16]Liu G. Q., Ding X. B., Cao Y. P., Zheng Z. H., Peng Y. X.,Macromolecules, 2004, 37(6), 2228—2232

[17]Liu G. Q., Guan C. L., Xia H. S., Guo F. Q., Ding X. B., Peng Y. X.,Macromol.Rapid.Commun., 2006, 27(14), 1100—1104

[18]Li J., Liu T., Xia S., Pan Y., Zheng Z. H., Ding X. B., Peng Y. X.,J.Mater.Chem., 2011, 21(33), 12213—12217

[19]Li X. J., Liu T., Wang Y. R., Zheng Z. H., Ding X. B., Peng Y. X.,RSCAdv., 2014, 4(37), 19273—19282

[20]Lendlein A., Schmidt A. M., Langer R.,Proc.Natl.Acad.Sci., 2001, 98(3), 842—847

[21]Behl M., Bellin I., Kelch S., Wagermaier W., Lendlein A.,Adv.Funct.Mater., 2009, 19(1), 102—108

[22]Alteheld A., Feng Y. K., Kelch S., Lendlein A.,Angew.Chem.Int.Ed., 2005, 44(8), 1188—1192

[23]Zotzmann J., Behl M., Hofmann D., Lendlein A.,Adv.Mater., 2010, 22(31), 3424—3429

[24]Zotzmann J., Behl M., Feng Y., Lendlein A.,Adv.Funct.Mater., 2010, 20(20), 3583—3594

[25]Wei M., Zhan M. Q., Yu D. Q., Xie H., He M. J., Yang K. K., Wang Y. Z.,ACSAppl.Mater.Interfaces, 2015, 7(4), 2585—2596

[26]Zhang T. H., Wen Z. B., Hui Y., Yang M. N., Yang K. K., Zhou Q., Wang Y. Z.,Polym.Chem., 2015, 6(22), 4177—4184

[27]Xiao L. P., Wei M., Zhan M. Q., Zhang J. J., Xie H., Deng X. Y., Yang K. K., Wang Y. Z.,Polym.Chem., 2014, 5(7), 2231—2241

[28]Doi M., Edwards S. F.,ThetheoryofPolymerDynamics, Clarendon, Oxford, 1986

[29]Na Y. H., Kurokawa T., Katsuyama Y., Tsukeshiba H., Gong J. P., Osada Y., Okabe S., Karino T., Shibayama M.,Macromolecules, 2004, 37(14), 5370—5374

[30]Milner S. T., Mcleish T. C. B.,Macromolecules, 1997, 30(7), 2159—2166

[31]Ratna D., Karger-Kocsis J.,Polymer, 2011, 52(4), 1063—1070

(Ed.: W, Z)

† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.51303179, 51173185).

Shape-memory Properties and Molecular Mechanism of Poly(methyl methacrylate)/Star-shaped Poly(ethylene glycol) Semi-interpenetrating Polymer Network†

LI Xingjian1,2, WU Ruiqing1,2, LAI Jingjuan1,2, PAN Yi1*, ZHENG Zhaohui1, DING Xiaobin1

(1.ChengduInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100039,China)

Poly(methyl methacrylate)/star-shaped poly(ethylene glycol) semi-interpenetrating networks(PMMA/SEPG) with star-shaped structure were synthesized by non-covalent interactions. In order to confirm the effect of star polymer structure on the shape memory and mechanical properties, poly(methyl methacrylate)/line poly(ethylene glycol) semi-interpenetrating networks(PMMA/LPEG) were also synthesized. The effect of molecular weight of PEG in the PMMA network on thermal properties, mechanical properties, dynamic mechanical properties and shape memory properties containing shape fixed ratio, recovery ratio and recovery rate was studied. The results show that, the embedding of the star-shaped structure greatly improved shape recovery ratio and recovery rate of the PMMA/SPEG with excellent mechanical properties compared to PMMA/LPEG. The shape memory effect was explained according to the tube model proposed by Edwards, which was demonstrated by the stress relaxation characteristics of the materials.

Star-shaped structure; Shape memory polymer; Semi-interpenetrating polymer network; Poly(ethylene glycol); Poly(methyl methacrylate)

10.7503/cjcu20160202

2016-03-31. 网络出版日期: 2016-09-20.

国家自然科学基金(批准号: 51303179, 51173185)资助.

O631.1+1

A

联系人简介: 潘毅, 男, 博士, 副研究员, 主要从事智能高分子研究. E-mail: yipan@cioc.ac.cn