Preparation， Properties and Shape Memory Mechanism of Polyacrylate-based Polymer Crosslinked by Self-assembled Core-shell Nano-microdomain

doi:10.7503/cjcu20230101

Abstract

Abstract:

The polyacrylate-based shape memory polymer（SMP） with self-assembled core-shell nano-microdomains was prepared by UV-initiated free-radical polymerization of the active core-shell nanomicelles formed by self-assembly of active Pluronic F127 triblock copolymer end-capping acrylate groups as multifunctional nano-crosslinker and hydroxyethyl acrylate and acrylic acid as co-monomers. The thermal properties， dynamic thermo-mechanical properties and mechanical properties of the polyacrylate-based SMPs were characterized by differential scanning calorimeter， dynamic thermo-mechanical analyzer and universal tensile testing machine. The results showed that the glass transition temperature， room temperature modulus， modulus ratio of upper and lower glass transition， tensile strength and elongation at break of the SMPs decreased gradually with the decreasing concentration of acrylate monomer. The SMP system exhibited both high strength and high toughness. The shape fixity ratio（R_f）， shape recovery ratio（R_r）， and shape recovery rate（V_r） of the SMPs were quantitatively characterized. The results showed that when the monomer concentration exceeded 1.97 mol/L， the SMP exhibited excellent shape memory performance， with R_f of more than 97%， R_r of above 98% and V_r of over 8.8%/min. Finally， the shape memory mechanism of the SMP system was analyzed by stress relaxation.

Key words: Shape memory polymer, Polyacrylate, Core-shell nano-microdomain, Shape memory effect

CLC Number:

O631

TrendMD:

LI Mingfei, LYU Jianing, LI Xingjian, DING Xiaobin. Preparation， Properties and Shape Memory Mechanism of Polyacrylate-based Polymer Crosslinked by Self-assembled Core-shell Nano-microdomain[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(11): 20230101.

Figures/Tables 9

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Sample	10³c（PF127⁃DA）/（mol∙L^‒1）	c（HEA+AA）/（mol∙L^‒1）	m（HEA）/g	m（AA）/g	m（Irgacure 2959）/g
SMP⁃1	3.93	7.87	9.610	5.666	0.0632
SMP⁃2	3.93	3.93	4.803	2.832	0.0336
SMP⁃3	3.93	2.62	3.202	1.888	0.0237
SMP⁃4	3.93	1.97	2.402	1.416	0.0188
SMP⁃5	3.93	1.57	1.921	1.133	0.0158

Sample	10³c（PF127⁃DA）/（mol∙L^‒1）	c（HEA+AA）/（mol∙L^‒1）	m（HEA）/g	m（AA）/g	m（Irgacure 2959）/g
SMP⁃1	3.93	7.87	9.610	5.666	0.0632
SMP⁃2	3.93	3.93	4.803	2.832	0.0336
SMP⁃3	3.93	2.62	3.202	1.888	0.0237
SMP⁃4	3.93	1.97	2.402	1.416	0.0188
SMP⁃5	3.93	1.57	1.921	1.133	0.0158

Sample	E_{30 ℃}/MPa	T_g/℃	E_p/MPa	E_R	σ/MPa	ε（%）
SMP⁃1	4632	69	15.7	726	42.7	192.8
SMP⁃2	3025	61	14.7	838	16.1	133.1
SMP⁃3	2274	56	14.7	533	11.2	113.1
SMP⁃4	1429	49	14.9	535	4.7	61.0
SMP⁃5	648	43	26.0	158	2.5	32.0

Sample	E_{30 ℃}/MPa	T_g/℃	E_p/MPa	E_R	σ/MPa	ε（%）
SMP⁃1	4632	69	15.7	726	42.7	192.8
SMP⁃2	3025	61	14.7	838	16.1	133.1
SMP⁃3	2274	56	14.7	533	11.2	113.1
SMP⁃4	1429	49	14.9	535	4.7	61.0
SMP⁃5	648	43	26.0	158	2.5	32.0

Sample	ε_n（%）	ε_m（%）	ε_u（%）	ε_p（%）	R_f（%）	R_r（%）	ε_{p 90%}（%）	t_90%/min	V_{r 90%}/（%·min^‒1）
SMP⁃1	1.85	16.25	15.91	2.05	97.6	98.6	3.290	9.3	9.7
SMP⁃2	0.90	16.04	15.75	1.05	98.1	99.0	2.414	9.5	9.5
SMP⁃3	0.76	16.30	16.01	0.75	98.1	100.1	2.314	10.2	8.8
SMP⁃4	-0.18	17.45	17.22	0.66	98.7	95.2	1.583	12.4	7.3
SMP⁃5	0.24	6.40	6.17	0.51	96.3	95.6	0.856	34.5	2.6