一種形狀記憶塑料紙及其制備方法和應用與流程

本發明屬于復合材料領域，尤其涉及一種形狀記憶塑料紙及其制備方法和應用。

背景技術：

紙是國內外應用于文字記錄的重要材料，紙的普遍使用，不但促進了書籍文獻資料的快速增長和科學文化的傳播，而且促進書法藝術的發展、繁榮和漢字字體的變遷。自古以來，紙主要具有記錄、包裝、擦試三大功能，普通紙不具有刺激響應特性。

近年來，功能紙，即在紙張原有性能的基礎上增添功能的一種新型紙，成為一種重要的片狀新材料。人們可以通過使用功能性纖維原料、功能性填料、紙加工、印刷等方法，或利用納米技術、微膠囊技術、微流控技術等尖端科技賦予紙張除臭、抗菌、耐熱、導電、催化等功能。因此，功能紙作為一種新型材料已經引起了醫療、生物、能源、電子技術等領域的廣泛關注，同時也滲透到人們生活的各個方面。

然而，目前研究的功能紙中，并沒有研究報道具有形狀記憶功能的功能紙。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于提供一種形狀記憶塑料紙及其制備方法和應用，旨在提供一種具有形狀記憶功能的功能紙，拓展功能紙的應用范圍，同時改善形狀記憶聚合物的性能，豐富形狀記憶聚合物材料的種類。

本發明是這樣實現的，一種形狀記憶塑料紙，所述形狀記憶塑料紙包括形狀記憶聚合物、植物纖維紙及表面活性劑。

進一步地，所述形狀記憶聚合物、植物纖維紙及表面活性劑的質量比為10～50:10～50:1～10。

進一步地，所述形狀記憶聚合物包括聚氨酯、DMAPS-co-AA共聚物中的至少一種。

進一步地，所述表面活性劑為離子型表面活性劑為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑或兩性離子表面活性劑。

進一步地，所述形狀記憶塑料紙的厚度為0.05～0.2mm。

本發明還提供了一種上述的形狀記憶塑料紙的制備方法，包括以下步驟：

配制形狀記憶聚合物溶液和表面活性劑水溶液；

將植物纖維紙置于所述表面活性劑水溶液中浸泡10～30分鐘，并烘干；

將烘干后的植物纖維紙在所述形狀記憶聚合物溶液中浸泡10～30分鐘；

把浸泡處理后的植物纖維紙取出，刮平，控制所述植物纖維紙的吸液量為10wt％～200wt％，然后干燥。

進一步地，所述形狀記憶聚合物溶液的質量濃度為1～20wt％。

進一步地，所述表面活性劑水溶液的質量濃度為1～10wt％。

進一步地，所述烘干及所述干燥的溫度均為50～80℃。

本發明還提供了一種上述的形狀記憶塑料紙的應用，所述應用為將所述形狀記憶塑料紙用于制備紡織品、玩具、醫療用品或文具。

本發明與現有技術相比，有益效果在于：本發明實施例提供的形狀記憶塑料紙，為形狀記憶聚合物與植物纖維紙的復合材料，依據形狀記憶聚合物的變形量大、加工變形、成本低、形狀恢復溫度容易調節等優點，利用表面活性劑離子與植物纖維形成較好的吸咐作用，而另一端分子鏈將與聚合物形成較好的相容性，將形狀記憶聚合物與植物纖維質復合在一起，實現形狀記憶聚合物與植物纖維的良好吸咐效果，從而使植物纖維紙具有相應的形狀記憶功能。本發明實施例提供的形狀記憶塑料紙這一功能紙，能固定臨時形狀，在一定外界刺激條件下，又能恢復到初始形狀。

附圖說明

圖1是本發明實施例1提供的形狀記憶塑料紙的SEM圖；

圖2a是本發明實施例2提供的形狀記憶塑料紙與未進行試驗操作的植物纖維紙在垂直紋路方向上的力學性能比較示意圖，圖2b是其在水平紋路方向上的力學性能比較示意圖；

圖3a是本發明實施例3提供的復形狀記憶塑料紙的初始形狀示意圖，圖3b是其在80℃變形折疊后在20℃冷卻固定后的形狀示意圖；

圖4是本發明實施例3提供的形狀記憶塑料紙在升溫過程中形狀恢復過程示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明實施例提供了一種形狀記憶塑料紙，所述復合材料包括形狀記憶聚合物、植物纖維紙及表面活性劑。

本發明實施例提供的形狀記憶塑料紙，為形狀記憶聚合物與植物纖維紙的復合材料，依據形狀記憶聚合物的變形量大、加工變形、成本低、形狀恢復溫度容易調節等優點，利用表面活性劑離子與植物纖維形成較好的吸咐作用，而另一端分子鏈將與聚合物形成較好的相容性，將形狀記憶聚合物與植物纖維質復合在一起，實現形狀記憶聚合物與植物纖維的良好吸咐效果，從而使植物纖維紙具有相應的形狀記憶功能。本發明實施例提供的形狀記憶塑料紙這一功能紙，能固定臨時形狀，在一定外界刺激條件下，又能恢復到初始形狀。

具體地，所述形狀記憶聚合物、植物纖維紙及表面活性劑的質量比為10～50:10～50:1～10。在本發明的技術方案中，當形狀記憶聚合物含量多時，復合材料的形狀記憶性能及力學性能優異，表面活性劑用量提高有利于聚合物的吸咐。所述形狀記憶聚合物包括聚氨酯、DMAPS-co-AA共聚物(DMAPS：N，N-二甲基(甲基丙烯酰氧乙基)銨基丙磺酸內鹽，co：共聚，AA：丙烯酸)中的至少一種。所述表面活性劑為陰離子型表面活性劑或陽離子型表面活性劑。

具體地，所述形狀記憶塑料紙的厚度為0.05～0.2mm。

本發明實施例還提供了一種上述形狀記憶塑料紙的制備方法，包括以下步驟：

配制形狀記憶聚合物溶液和表面活性劑水溶液；

將植物纖維紙置于所述表面活性劑水溶液中浸泡10～30分鐘，并烘干；

將烘干后的植物纖維紙在所述形狀記憶聚合物溶液中浸泡10～30分鐘；

把浸泡處理后的植物纖維紙取出，刮平，控制所述植物纖維紙的吸液量為10wt％～200wt％，然后干燥。

具體地，所述形狀記憶聚合物溶液中的溶劑為二甲基甲酰胺、四氫呋喃或二甲基亞砜，所述溶液的質量濃度為1～20wt％。所述表面活性劑水溶液的質量濃度為1～10wt％。所述烘干及所述干燥的溫度均為50～80℃。形狀記憶聚合物溶液的質量濃度太低，紙對聚合物的吸咐量較少；濃度較高，紙對聚合物的吸咐量增加；表面活性劑質量濃度高有利于聚合物吸附，聚合物吸咐量越多，所需表面活性劑濃度越大；干燥溫度隨所選用溶劑不同而不同。

本發明實施例還提供了一種上述形狀記憶塑料紙的應用，所述應用為將所述形狀記憶塑料紙用于制備紡織品、玩具、醫療用品或文具。

實施例1

一種新型形狀記憶聚氨酯/紙復合材料，主要由50份重量的形狀記憶聚氨酯樹脂、40份重量的無塵紙以及10份重量的十二烷基苯磺酸鈉(SD)復合制備；該形狀記憶聚氨酯采用65wt％重量分數的聚己二酸丁二醇酯為軟段相，35wt％重量分數由二苯基甲烷二異氰酸酯及丁二醇構筑的硬段相。具體制備方法如下：1)先把形狀記憶聚氨酯(SMPU)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶劑中配成10wt％的SMPU/DMF溶液備用；2)無塵紙在10wt％濃度的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液中浸泡20分鐘，并80℃烘干備用；3)將烘干后的無塵紙在SMPU/DMF溶液中浸泡30分鐘；4)把浸泡處理后的無塵紙取出，用玻璃棒刮平，控制植物纖維紙的吸液量；5)在80℃鼓風烘箱中烘干無塵紙，即得SMPU/紙的復合材料，即為形狀記憶塑料紙。所述無塵紙特殊的植物紙，疏松，孔洞多，雜質少。經SMPU處理后的無塵紙纖維(即復合材料)表面的SEM圖(電子掃描顯像圖)如圖1所示，與原始纖維表面相比，可以明顯觀察到聚合物牢固粘附在纖維表面，形成了穩固的SMPU/紙的復合材料。

實施例2

一種新型形狀記憶共聚物/紙復合材料，主要由50份重量的形狀記憶聚氨酯樹脂、45份重量的打印紙以及5份重量的十二烷基苯磺酸鈉(SD)復合制備，該形狀記憶共聚物主要采用80wt％重量分數的N，N-二甲基(甲基丙烯酰氧乙基)銨基丙磺酸內鹽(DMAPS)和20wt％重量分數的丙烯酸(AA)共聚而成。具體制備方法如下：1)先把DMAPS-co-AA共聚物溶解于去離子水中配成10wt％的溶液備用；2)打印紙在含10wt％十二烷基苯磺酸鈉的水溶液中浸泡20分鐘，并50℃烘干備用；3)將烘干后的打印紙在DMAPS-co-AA水溶液中浸泡20分鐘；4)把浸泡處理后的打印紙取出，用玻璃棒刮平，控制植物纖維紙的吸液量；5)在80℃鼓風烘箱中烘干打印紙，即得形狀記憶共聚物/紙復合材料，即為形狀記憶塑料紙。所制備的形狀記憶共聚物/紙復合材料與紙對比的力學性能測試如圖2a和圖2b所示。沒有經形狀記憶聚合物處理之前的紙在水平紋路方向的斷裂伸長率約10％,而在垂直紋路方向上的斷裂伸長率約20％，經形狀記憶共聚物處理后，水平紋路方向的斷裂伸長率提升至50％，斷裂強度也顯示提高；而垂直紋路方向的斷裂伸長率提升至40％。力學性能測試結果表明，聚合物引入后，顯著提高了復合材料的力學強度及斷裂伸長率。

實施例3

一種新型兩性離子形狀記憶聚氨酯/紙復合材料，主要包含50份重量的兩性離子形狀記憶聚氨酯與25份重量的中性過濾紙制備，該兩性離子形狀記憶聚氨酯主要由N-甲基二乙醇胺(MDEA)，六亞甲基二異氰酸酯(HDI)，1，4-丁二醇(BDO)，以及1，3-丙基磺酸內酯(PS)制備而成，含50wt％MDEA-PS含量，50wt％HDI-BDO含量。兩性離子形狀記憶聚氨酯/紙復合材料的具體制備方法如下：1)先把兩性離子形狀記憶聚氨酯溶解于DMF中配成10wt％的溶液備用；2)中性過濾紙在兩性離子形狀記憶聚氨酯溶液中浸泡15分鐘；4)把浸泡處理后的兩性離子形狀記憶聚氨酯取出，用玻璃棒刮平，控制吸液量；5)在80℃鼓風烘箱中烘干中性過濾紙，即得兩性離子形狀記憶聚氨酯/紙復合材料，即為形狀記憶塑料紙。從制備的兩性離子形狀記憶聚氨酯/紙復合材料中剪出一條長方形樣條，如圖3a所示；紙樣條80℃變形折疊后在20℃冷卻固定后的得到如圖3b所示的形狀，具有較好形狀固定性能。固定后的折疊的紙樣條放在溫度高于50℃環境下，可以明顯看到紙樣條隨著溫度升高，逐步發生熱致形狀恢復，如圖4所示，最后在80℃條件下可以完全恢復到初始形狀，表現較好形狀恢復效果，表明所制備的兩性離子形狀記憶聚氨酯/紙復合材料具有較好的熱致形狀記憶性能。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。