摘要：形狀記憶聚氨酯是一種可以響應外界刺激，并通過特定的熱力學過程回復到初始形態的新型智能高分子材料?；诓煌膽?，提供形狀展開功能、形狀固定及回復功能、形狀回復率及回復力可控等性能。形狀記憶聚氨酯可以通過熱、電、光、磁等方式直接或者間接地激發材料的形狀記憶性能，在智能紡織、航空航天、生物醫用等領域具有廣闊的應用前景。首先介紹了形狀記憶聚氨酯的結構、記憶機理和分類；然后討論了影響其形狀記憶性能的因素，主要包括硬段種類和含量的影響、軟段的種類和相對分子質量的影響、交聯劑的影響、摻雜填料的影響等。在此基礎上總結了形狀記憶聚氨酯在不同領域的應用進展，最后展望了形狀記憶聚氨酯網絡結構化設計思路和未來的發展方向。
關鍵詞：聚合物 聚氨酯 形狀記憶。
Abstract Shape memory polyurethane（SMPU）is a novel class of intelligent polymer materials that can recover the permanentshape in responsive to external stimuli.Base on different applications,shape memory polyurethane can provide a deployable property,shape fix and recovery property and controllable shape recovery velocity and shape recovery force.Many triggers such as heat,elec-tronic,light,magntic can be used to activate the shape memory properties by direct or remote way.Shape memory polyurethanesshow significant technological applications ranging from biomedical devices to aerospace technology.The structure,shape memorymechanism and classification of SMPUs are introduced,and factors which influence the shape memory properties are discussed.Theapplications of SMPUs in different fields based on above content are summarized.Finally,the future development of SMPUs with thenetwork structure are prospected.
Key words polymers,polyurethane,shape memory.
0引言。
形狀記憶聚合物（Shape memory polymers,SMP）是能夠感知外界環境變化（如光、磁、電、溶劑和溫度等），并調整其狀態參數（如形狀、應變等）回復到設定狀態的一類聚合物[1-2].相比于形狀記憶陶瓷或形狀記憶合金，形狀記憶聚合物具有質量輕、刺激方式多樣、性能可調節、易加工等特點[3],是智能高分子材料的研究熱點，廣泛應用于生物醫用材料[4]、自修復材料[5]、智能紡織材料[6]、藥物控釋[7]、航空航天[8]等領域。目前，具有形狀記憶性能的聚合物主要有聚氨酯、聚降冰片烯、聚異戊二烯、丁苯橡膠等。
形狀記憶聚氨酯（Shape memory polyurethane,SMPU）是一類新型的功能高分子材料，它是由玻璃化溫度高的硬段和玻璃化溫度低的軟段聚合而成的嵌段共聚物，通過調節聚氨酯原料的組成和比例，可以獲得不同的玻璃化轉變溫度。SMPU具有優異的力學性能和良好的生物相容性，其記憶溫度可設計范圍寬、形變量大、形狀記憶效果好、加工性好，日益受到科研工作者的青睞，對其合成與應用的研究方興未艾[9-10].但它也存在形狀回復速度慢、重復記憶效果差、力學強度低等缺點。本文綜述了SMPU形狀記憶性能的影響因素，介紹了各種類型SMPU的驅動機理，并對未來SMPU網絡結構化設計思路進行了展望，期望能對具有優異綜合性能的SMPU的設計起到借鑒作用。
1 SMPU的形狀記憶機理。
聚合物在一定刺激下變形并固定其形狀，再次刺激后又回復到預先設定形狀的現象被稱為形狀記憶效應（Shapememory effect,SME）。對于聚合物的形狀記憶效應的解釋，早期比較經典的理論是日本科學家石田正雄提出的兩相結構理論，即可逆相和固定相。SMPU硬段中的氨基甲酸酯極性強，硬段與硬段之間有很強的氫鍵作用，可以作為SMPU記憶初始形狀的固定相。軟段由于玻璃化溫度低，在常溫下呈玻璃態，作為可逆相，其固化和軟化可逆。
近年來，很多學者也提出了新的理論學說來解釋高分子材料的形狀記憶效應。以Lendlein為首的德國科學家嘗試從分子機理的角度對高分子的SME進行解釋。分子機理學說認為，高分子材料的SME來源于分子鏈活化狀態的改變，把可逆轉變的分子鏈段作為一種響應開關[11-13].但是由于形狀記憶聚合物結構繁多，分子機理也千變萬化，而Lendlein的分子機理學說需要具體問題具體分析，故不適合作為一種廣泛適用的解釋模型。香港理工大學的胡金蓮提出了普適任何類型形狀記憶聚合物的3DSMP結構模型，見圖1[14-15].該模型把SMP分成兩個部分，即開關相和網點，開關相負責響應外界刺激和形狀的控制回復，而網點負責固定形狀。
2 SMPU形狀記憶能力的影響因素。
關鍵詞：聚合物 聚氨酯 形狀記憶。
Abstract Shape memory polyurethane（SMPU）is a novel class of intelligent polymer materials that can recover the permanentshape in responsive to external stimuli.Base on different applications,shape memory polyurethane can provide a deployable property,shape fix and recovery property and controllable shape recovery velocity and shape recovery force.Many triggers such as heat,elec-tronic,light,magntic can be used to activate the shape memory properties by direct or remote way.Shape memory polyurethanesshow significant technological applications ranging from biomedical devices to aerospace technology.The structure,shape memorymechanism and classification of SMPUs are introduced,and factors which influence the shape memory properties are discussed.Theapplications of SMPUs in different fields based on above content are summarized.Finally,the future development of SMPUs with thenetwork structure are prospected.
Key words polymers,polyurethane,shape memory.
0引言。
形狀記憶聚合物（Shape memory polymers,SMP）是能夠感知外界環境變化（如光、磁、電、溶劑和溫度等），并調整其狀態參數（如形狀、應變等）回復到設定狀態的一類聚合物[1-2].相比于形狀記憶陶瓷或形狀記憶合金，形狀記憶聚合物具有質量輕、刺激方式多樣、性能可調節、易加工等特點[3],是智能高分子材料的研究熱點，廣泛應用于生物醫用材料[4]、自修復材料[5]、智能紡織材料[6]、藥物控釋[7]、航空航天[8]等領域。目前，具有形狀記憶性能的聚合物主要有聚氨酯、聚降冰片烯、聚異戊二烯、丁苯橡膠等。
形狀記憶聚氨酯（Shape memory polyurethane,SMPU）是一類新型的功能高分子材料，它是由玻璃化溫度高的硬段和玻璃化溫度低的軟段聚合而成的嵌段共聚物，通過調節聚氨酯原料的組成和比例，可以獲得不同的玻璃化轉變溫度。SMPU具有優異的力學性能和良好的生物相容性，其記憶溫度可設計范圍寬、形變量大、形狀記憶效果好、加工性好，日益受到科研工作者的青睞，對其合成與應用的研究方興未艾[9-10].但它也存在形狀回復速度慢、重復記憶效果差、力學強度低等缺點。本文綜述了SMPU形狀記憶性能的影響因素，介紹了各種類型SMPU的驅動機理，并對未來SMPU網絡結構化設計思路進行了展望，期望能對具有優異綜合性能的SMPU的設計起到借鑒作用。
1 SMPU的形狀記憶機理。
聚合物在一定刺激下變形并固定其形狀，再次刺激后又回復到預先設定形狀的現象被稱為形狀記憶效應（Shapememory effect,SME）。對于聚合物的形狀記憶效應的解釋，早期比較經典的理論是日本科學家石田正雄提出的兩相結構理論，即可逆相和固定相。SMPU硬段中的氨基甲酸酯極性強，硬段與硬段之間有很強的氫鍵作用，可以作為SMPU記憶初始形狀的固定相。軟段由于玻璃化溫度低，在常溫下呈玻璃態，作為可逆相，其固化和軟化可逆。
近年來，很多學者也提出了新的理論學說來解釋高分子材料的形狀記憶效應。以Lendlein為首的德國科學家嘗試從分子機理的角度對高分子的SME進行解釋。分子機理學說認為，高分子材料的SME來源于分子鏈活化狀態的改變，把可逆轉變的分子鏈段作為一種響應開關[11-13].但是由于形狀記憶聚合物結構繁多，分子機理也千變萬化，而Lendlein的分子機理學說需要具體問題具體分析，故不適合作為一種廣泛適用的解釋模型。香港理工大學的胡金蓮提出了普適任何類型形狀記憶聚合物的3DSMP結構模型，見圖1[14-15].該模型把SMP分成兩個部分，即開關相和網點，開關相負責響應外界刺激和形狀的控制回復，而網點負責固定形狀。
2 SMPU形狀記憶能力的影響因素。
