[發明專利]一種紫外光誘導梯度結構的雜化材料、制備方法及其在響應性形狀轉變方面的應用

有效

• 申請號: 201810103482.1
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108329645B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 白靜;史子興
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08L53/02
• 分類號: C08L53/02;C08K7/24;C08F8/14;C08F8/00;C08F297/04;C08J5/18
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明公開了一種紫外光誘導梯度結構的雜化材料、制備方法及其在響應性形狀轉變方面的應用。雜化材料是由光敏基團接枝的彈性體材料和碳納米材料復合形成的膜材料；所述光敏基團為可發生光二聚反應的基團，彈性體材料的基體為含有孤立雙鍵的彈性體。本發明利用碳納米材料的吸收光線的特點，光交聯的時候，調節材料內部不同深度處的光強，實現對不同深度處的光二聚基團的二聚率和材料的交聯密度的控制，進而膜材料在垂直方向上具有梯度結構，梯度結構的形成，使其在外界刺激(如溫度、溶劑、紅外光等)的條件下，實現多種形狀轉變；同時光致梯度結構可逆，其可通過加熱或300nm以下紫外照射擦除，恢復到原始的線性結構。

技術領域

本發明屬于化學材料制備及應用技術領域，具體涉及一種紫外光誘導梯度結構的雜化材料、制備方法及其在響應性形狀轉變方面的應用。

背景技術

目前材料的響應性形狀轉變是一個研究的熱點方向，而不均衡結構材料在響應性形狀轉變的研究中展現出很大的優勢。不均衡結構的存在使得其在響應性行為發生時可以根據調控發生更加多樣及可設計性的形狀轉變。但是在目前的研究中，這種不均衡結構材料的制備多集中在層層結構和液晶聚合物兩種主要方法。而在層層結構的制備過程中，需要選取兩種不同的聚合物，并將二者粘合在一起，這樣形成性能不同的雙層結構。這種雙層結構在受到外界刺激時，由于內部受力的差異性，材料發生形狀轉變。但是這種方法的缺點是，兩層聚合物間的相互作用力要在一個合適的范圍，使二者能夠有效地粘結在一起。而在使用過程中，這種雙層結構也易于發生分離。液晶聚合物材料獲得不均衡結構是將液晶結構引入到材料體系內部，利用液晶的晶相轉變，及液晶結構取向的區域性差異實現不均衡結構的制備。但是這種方法多需要復雜的合成過程及特定的液晶取向條件，工藝復雜條件苛刻，故也不利于大范圍推廣使用。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種可循環利用的紫外光誘導梯度結構的雜化材料、制備方法及其在響應性形狀轉變方面的應用。本發明可簡單快速獲得光誘導不均衡梯度結構的雜化材料，梯度結構的雜化材料在外界刺激(如溫度、溶劑、紅外光等)的條件下，可實現多種形狀轉變。

本發明中，光敏基團接枝的彈性體材料中的光二聚基團可以在紫外光照的條件下發生自交聯反應，利用該自交聯反應，彈性體內部的分子鏈部分鎖定。碳納米材料的加入，能在光交聯的時候，調節材料內部不同深度處的光強，實現對不同深度處的光二聚基團的二聚率和材料的交聯密度的控制，進而得到垂直方向上梯度結構的膜材料。材料結構的不均一性，使得材料可以在外界刺激的條件下發生三維的形狀轉變。進而將這種梯度結構的膜材料應用到形狀轉變領域的研究中。其相比于熱控結構，光控結構的形成可控性更強，可根據需要進行設計，進而得到更加多樣的形狀轉變。且由于自交聯反應的可逆性，使得上述過程是可逆的，在300nm的紫外光光照或者高溫條件下，雜化膜材料的結構可以在均衡結構和梯度結構間轉換，形狀轉變也是可逆的，可多次往復循環利用。

本發明技術方案具體闡述如下。

本發明提供一種紫外光誘導梯度結構的雜化材料，其是由光敏基團接枝的彈性體材料和碳納米材料復合形成的膜材料；其中：所述光敏基團為用于發生光二聚反應的基團，彈性體材料的基體為含有孤立雙鍵的彈性體。

本發明中，光敏基團接枝的彈性體材料與碳納米材料的質量比為1:0.001-1:0.2。

本發明中，光敏基團選自香豆素基團，蒽基團，查爾酮基團或肉桂酸酯基團中任意一種或幾種；彈性體材料的基體選自順丁橡膠、SBS、SIS、SIBS、丁腈橡膠、丁苯橡膠、天然橡膠或EPDM中任一種。

本發明中，光敏基團接枝的彈性體通過以下步驟制備得到：

(1)將含有孤立雙鍵的彈性體和巰基羧基化合物溶解在有機溶劑中，攪拌均勻后，加入光引發劑，在紫外光照的條件下發生巰烯點擊反應，得到羧基接枝后的改性彈性體；其中：巰基羧基化合物為分子結構中同時含有羧基和巰基的化合物；