پلیمر های دارای حافظه شکلی ٬ دسته ای از مواد هوشمند هستند که در اثر محرک خارجی ٬ قابلیت بازگشت به شکل اولیه را پس از ایجاد تغییر شکل دارند .
پلیمر های دارای حافظه شکلی بر پایه دو فاز نرم و سخت تهیه می شوند . این دو فاز در مقیاس مولکولی با هم ناسازگار اند .
فاز سخت که غنی از قطعه های سخت است و به طور کلی نیمه بلوری یا به شکل شبکه فیزیکی است ٬ باعث استحکام و تقویت ماده می شود (خواص مکانیکی پلیمر را کنترل می کند) . فاز نرم که غنی از قطعه های نرم است ٬ معمولا بی شکل با دمای انتقال شیشه ای یا نیمه بلوری با دمای ذوب است . فاز نرم مسئول رفتار گرماکشسانی پلیمر است . در این پلیمر ها با گذشتن دما از حد خاصی مدول ماده تغییر چشمگیری می یابد که دمای انتقال(Ttrans)یا دمای سوئیچ کردن نام دارد . تغییر زیاد ایجاد شده در مدول ماده ٬ تغییر شکل یا تثبیت شکل را میسر می سازد .
در دمای Ttrans قطعه های زنجیر انعطاف پذیرند . اما در دمای پایین تر ٬ انعطاف پذیری حداقل بخشی از زنجیر محدود می شود . در مواردی که انتقال از حالت لاستیکی یا گرانرو به حالت شیشه ای اتفاق می افتد ٬ انعطاف پذیری کل قطعه محدود می شود . اگر دمای انتقال برای ثابت نگه داشتن شکل ثانویه دمای ذوب باشد ٬ حین کشش با سرد کردن ماده ای که در بالای Ttrans کشیده شده است ٬ در قطعه نرم بلورنگی القا می شود . پلی یورتان پلی یورتان پلی یورتان های قطعه ای یکی از مهمترین پلیمر های است که اثر حافظه شکلی را به خوبی نشان می دهد .
اثر حافظه شکلی در پلی یورتان ها به علت وجود دو فاز سخت و نرم است که هر یک نقش ویژه ای را ایفا می کنند . فاز نرم که غنی از قطعه های نرم است ٬ می تواند بر پایه پلی ال های اتری یا استری باشد . پلی ال های استری نسبت به اتری ٬ به علت داشتن گروه های گروه کربونیل در ساختار می توانند اثری بیشتری بر خواص حافظه شکلی بگذارند .
زیرا گروه –NH موجود در قطعه سخت علاوه بر برقراری پیوند هیدروژنی با گروه های کربونیل موجود در آن می تواند با گروه های کربونیل موجود در قطعه های نرم استری نیز پیوند هیدروژنی بر قرار کنند و مقدار اختلاط فاز ها را افزایش دهند . برقراری پیوند هیدروژنی بیشتر ٬ باعث افزایش کشسانی ماده می شود و قابلیت ماده برای بازگشت به شکل اولیه را افزایش می دهد . با وجود نانو ذرات خاک رس اصلاح سطحی شده گروه های هیدروکسیل موجود در یون آمونیوم نانو ذرات خاک رس می توانند با گروه های کربونیل موجود در قطعه سخت و نرم پیوند هیدروژنی تشکیل دهند .
بنابراین می توان گفت ٬ در پلی یورتان های بر پایه پلی ال های استری ٬ مقدار پراکنش بهتری از نانو ذرات در بستر پلیمر و نیز مقدار سازگاری بیشتری انتظار می رود . در اثر پراکنش مناسب در بستر پلیمر ٬ کامپوزیت خواص مکانیکی ٬ گرمایی و خواص حافظه شکلی بهتری نشان می دهد . تاکنون پژوهش های فراوانی در زمینه پلی یورتان های دارای حافظه شکلی انجام شده است . Hayashi در سال ۱۹۹۰ و tobushi در سال ۲۰۰۳ خواص مکانیکی پلی یورتان های دارای حافظه شکلی و ارتباط بین خواص و ساختار را بررسی کردند .
Li و همکاران در سال ۱۹۹۴ پلی یورتان های دارای حافظه شکلی بر پایه MDI و PCL و BDO سنتز کردند . پلی یورتان پلی یورتان همان گروه در سال ۱۹۹۶ اثر پلی ال با وزن مولکولی های مختلف را بر حافظه شکلی بررسی کردند . Kim و همکاران لزوم بیشتر بودن نسبت مدول شیشه ای به مدول لاستیکی را برای به وجود آمدن اثر حافظه شکلی کشف کردند . Cao و Jana کامپوزیت پلی یورتان و خاک رس را PCL با وزن مولکولی ۴۰۰۰ گرم بر مول ٬ BDO ٬ MDI و نانو ذرات C30B با استفاده از پلیمر شدن درجا سنتز کردند .
ماتریس های پلی دورتان و اپوکسی : اپوکسی ٬ یک ماده ترموست است که کاربرد های متنوعی در زمینه های گوناگون دارد ٬ مانند چسب های معمولی تا کامپوزیت های با کارآیی زیاد . برای افزایش کارایی اپوکسی ٬ افزایش دمای Tg و بهبود خواص پلیمر در بالای Tg مطلوب است . اضافه کردن خاکی رس و اسید سیلیسیک لایه ای شده به اپوکسی مقدار زیادی کارایی مکانیکی اپوکسی را به ویطه در دمای بالای Tg افزایش می دهد . روش تولید با جزئیات ٬ مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است .
در کامپوزیت های اپوکسی / خاک رس اسمکتیک ٬ طول آمین آلی اصلاح کننده خاک رس سهولت پخش شدگی را مشخص می کند و تنها خاک رس های حاوی یون های آمینیوم نوع اول و دوم ٬ نانو کامپوزیت های کاملا پخش شده تشکیل می دهند . خاک رس خاک رس بعد از قرار گرفتن آمین آلی در فضای بین لایه های خاک رس ٬ رزین اپوکسی با ترکیبی از رزین و عامل پخت بین لایه های اسمکتیک یا اسید سیلیسیک لایه ای جا شده جا داده می شود . اگر مقدار کافی رزین و عوامل پخت کننده بین لایه ها قرار بگیرد و عملیات پخت کنترل شود ٬ نانو کامپوزیت های کاملا پخش (لایه ای شده) حاصل می شود .
یون های آمینیوم اسیدی در پلیمریزاسیون بین لایه ها یا پخت رزین نقش کاتالیزوری دارند و اگر واکنش پخت بین لایه ها سریعتر از نقاط دیگر اتفاق بیفتد ٬ خاک رس به طور کامل پخش می شود (exfoliated) ٬ در غیر این صورت نانو کامپوزیتی که فاصله بین لایه های خاک رس در آن افزایش یافته است ٬ تشکیل می شود (intercalated) . بنابراین دما و زمان باید به دقت کنترل شوند ٬ یا نسبت رزین به عامل پخت باید بسیار کمتر از نسبت استوکیومتری باشد تا پخش کامل روی دهد .
روش مشابه روش تولید کامپوزیت های اپوکسی ٬ برای تهیه کامپوزیت های پلی یورتان / مونتموریلونیت استفاده شده است . منابع : سنتز کامپوزیت های پلی یورتان ـ نانو خاک رس دارای حافظه شکلی و بررسی ساختار شیمیایی و بر هم کنش های بین نانو ذرات و پلیمر در آنها ٬ محققان : مهناز سادات حقائق – گیتی میر محمد صادقی – بهمن شمایلی ٬ مجله علوم و تکنولوژی پلیمر ٬ سال بیست و پنجم ٬ شماره ۱ ٬ صفحه ۱۹ تا۳۰ ٬ ۱۳۹۱ علوم و فناوری نانو کامپوزیت ٬ تالیف : آجایان ٬ شادلر ٬ براون ٬ ترجمه : بابک کفاشی – فاطمه پورسنگ – سید عباس وزیری ٬ انتشارات دانشگاه تهران