[發(fā)明專利]基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制備光驅(qū)動(dòng)材料中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710386003.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN108929397B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮奕鈺;司倩宇;封偉;楊偉翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F120/06
• 分類號(hào): C08F120/06;C08F8/30;C08L33/02;C08K5/23;C08J5/18
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明公開基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制備光驅(qū)動(dòng)材料中的應(yīng)用,以帶有異氰酸酯基的2?脲基?4[1氫]?嘧啶酮與聚丙烯酸反應(yīng)，得到帶有2?脲基?4[1氫]?嘧啶酮的聚丙烯酸。再將其與四羧基偶氮苯混合后抽濾，以抽濾后的濾液成膜，該膜在紫外光照射下，發(fā)現(xiàn)薄膜背向光源卷曲，實(shí)現(xiàn)薄膜光驅(qū)動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光驅(qū)動(dòng)材料領(lǐng)域，尤其是基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制備光驅(qū)動(dòng)材料中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

光引發(fā)變形的聚合物材料制備的器件可以用在智能傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)，制動(dòng)器，高頻振蕩器，人造纖毛等方面。其中當(dāng)偶氮苯作為生色團(tuán)存在于液晶彈性體中，紫外光照射后，偶氮苯可以發(fā)生順反異構(gòu)變化，轉(zhuǎn)換少量的光能成宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聚合物的彎曲-變直，收縮-擴(kuò)展變化。通常使用共價(jià)鍵交聯(lián)制備液晶聚合物，但是制備方法復(fù)雜，不能得到很好的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

使用非共價(jià)鍵作為交聯(lián)點(diǎn)制備網(wǎng)狀聚合物具有簡(jiǎn)單和易得的特點(diǎn)。非共價(jià)鍵有很多種，其中氫鍵化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有動(dòng)態(tài)可逆性，而且鍵能(2-20Kcal/mol)比共價(jià)鍵(35-135Kcal/mol)低，從而可以用來制備功能性材料，例如自修復(fù)材料。而且氫鍵具有方向性和吸引力，可以獲得很好的機(jī)械強(qiáng)度。其中2-脲基-4[1氫]-嘧啶酮可以形成可逆四重氫鍵，而且表現(xiàn)出很好的溫度機(jī)械依賴性。使用多重氫鍵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，快速自修復(fù)固體材料有單一的組成，而且自修復(fù)的引發(fā)不需要額外的刺激，例如修復(fù)劑、增塑劑、溶劑，從而保證材料的表現(xiàn)不受到自修復(fù)過程的影響。進(jìn)而可以通過控制光的開關(guān)實(shí)現(xiàn)局部自修復(fù)。當(dāng)有紫外光照射時(shí)，2-脲基-4[1氫]-嘧啶酮被活化，吸收光變換成熱，使氫鍵排列變得無序，從而降低了超分子聚合物材料的分子量和粘度，使引入的損傷得到修復(fù)。于此同時(shí)，偶氮苯吸收紫外光，發(fā)生反式到順式的變化，分子長(zhǎng)度變短，帶動(dòng)聚合物薄膜發(fā)生彎曲，從而實(shí)現(xiàn)將少量的光轉(zhuǎn)變成宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn)薄膜在彎曲過程中的修復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制備光驅(qū)動(dòng)材料中的應(yīng)用，使用四重氫鍵進(jìn)行自修復(fù)，修復(fù)時(shí)間短、效率高、可重復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)在薄膜在響應(yīng)過程中的自修復(fù)，提高材料的使用壽命；實(shí)現(xiàn)超分子聚合物薄膜在動(dòng)態(tài)光響應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，提供了一種制備方法簡(jiǎn)單，修復(fù)效率高的方法實(shí)現(xiàn)上述目的。

本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

基于多重氫鍵的光驅(qū)動(dòng)自修復(fù)超分子薄膜，由聚丙烯酸和四羧基偶氮苯組成，聚丙烯酸為基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸，其中聚丙烯酸的主鏈為碳碳相連的主鏈，部分側(cè)鏈為羧基，部分側(cè)鏈為通過羰基與主鏈相連的2-脲基-4[1氫]-嘧啶酮。

聚丙烯酸和四羧基偶氮苯的物質(zhì)的量之比(摩爾比)為(15-55)：1，優(yōu)選(20—40)：1。

聚丙烯酸的數(shù)均分子量為400000—800000，優(yōu)選500000—600000。

上述薄膜的制備方法，按照下述步驟進(jìn)行：

以四羧基偶氮苯和基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸分別均勻分散在有機(jī)溶劑中，將基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的有機(jī)溶液滴加到四羧基偶氮苯的有機(jī)溶液中，持續(xù)攪拌分散，抽濾后得到濾液，將濾液均勻鋪展在基底上干燥后得到薄膜。

基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸和四羧基偶氮苯的物質(zhì)的量之比(摩爾比)為(15-55)：1，優(yōu)選(20—40)：1。

分散基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的有機(jī)溶劑，與分散四羧基偶氮苯的有機(jī)溶劑一致，例如均為N,N’—二甲基甲酰胺，N,N’—二甲基乙酰胺，或者N—甲基吡咯烷酮。

選擇將濾液懸蒸濃縮后滴加到石英片上，充分鋪平；放入到常溫20—25攝氏度真空烘箱中20—24h；然后放入到50—60攝氏度真空烘箱中烘干20—24h，最終得到薄膜。