Shape memory thermoplastic elastomer based on dynamically vulcanized ethylene methyl acrylate co polymer/silicone rubber blends

Abstract

Dynamically vulcanized immiscible blends of semicrystalline ethylene methyl acrylate copolymer (EMA) and methyl vinyl silicone rubber (SR) were prepared in an internal mixer using dicumyl peroxide (DCP) as a crosslinking agent. Phase morphology, thermo-mechanical properties, rheological properties, and shape memory behavior of the blends were investigated by TEM, DSC, DMA, tensile testing, and dynamic rheometer, respectively. It was shown that addition of small amounts of DCP during melt blending induced fine dispersion of SR domains in semicrystalline EMA matrix, increase in strength and elastic recovery along with pronounced shear thinning effect as compared to simple blends. The DCP modified EMA/SR blends behave like a thermoplastic elastomer possessing melt processability and rubber-like elasticity as well. And, the DCP modified blends exhibited excellent shape memory properties (higher than 95% both in shape fixing and shape recovery) upon heating the temporarily deformed sample higher than melting temperature of EMA phase. It was also shown that the dynamically vulcanized blend filled with a small amount of carbon nanotube (CNT) exhibit NIR responsive shape memory behavior because the CNT served as a photothermal agent. But, only marginal changes in thermal and mechanical properties in the composites as compared to unfilled blends were observed. These novel shape memory thermoplastic elastomers may have potential applications, such as 3D printing, soft actuators and grippers.|반결정성 ethylene methyl acrylate copolymer (EMA)와 측쇄에 비닐기를 갖는 silicone rubber (SR) 블렌드를 내부혼합기에서 동적 가교법을 이용 하여 제조하였다. 이때, 동적가교를 위한 가교제로써는 dicumyl peroxide (DCP)를 이용하였다. 제조된 동적가교 EMA/SR 블렌드의 미세모폴로지, 열적, 기계적, 유변학적 특성 및 형상기억특성을 TEM, DSC, DMA, TGA, 인장시험 및 레오미터를 이용하여 분석하였다. 용융혼합 중 DCP를 첨가 하여 동적가교를 유도함으로써 동적가교시키지 않은 단순 블렌드에 비해, EMA 매트릭스 내에 가교된 SR 입자가 더 작은 분산상을 이루며, 인장강 도, 저장탄성율 및 고무탄성이 향상되었으며, 전단담화현상이 더욱 뚜렷해 지는 것을 볼 수 있었다. 동적가교에 의해 제조된 EMA/SR 블렌드는 전 형적인 열가소성탄성체, 즉, 용융가공성과 고무탄성을 함께 갖는,와 같은 거동을 나타내었다. 또한, 이렇게 제조된 동적가교블렌드는 우수한 형상 기억특성 (임시 모양으로 고정이 잘 되며, EMA상의 Tm 이상으로 직접 가열 시 임시로 고정된 형태가 본래 모양으로 95% 이상 회복되는) 을 나 타내었다. 소량의 카본나노튜브를 첨가한 동적가교블렌드는 CNT의 광열 효과로 인하여 근적외선하에서 형상기억특성이 발현되었으나, CNT 첨가 로 인한 열적 기계적 특성의 변화는 미미하였다. 제조된 열감응 및 광감 응성 형상기억특성을 갖는 열가소성 탄성체는 3D 프린팅에 의한 기능성 액추에이터 및 그리퍼 등으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다.