[發明專利]一種光致變色的聚丙烯酰胺超分子水凝膠及制備方法

有效

• 申請號: 201811380342.5
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109503758B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 孫如意;劉安琪;熊晨曉
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F220/60;C08J3/075;C08L33/26
• 代理公司: 31215 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 徐筱梅;張翔<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種光致變色的聚丙烯酰胺超分子水凝膠及制備方法，其制備是以丙烯酰胺、偶氮苯螺吡喃功能化丙烯酰胺作為反應單體，通過偶氮二異丁腈作為引發劑引發聚合，所得共聚物經丙酮沉淀洗滌得到疏水締合聚丙烯酰胺。將該聚丙烯酰胺溶解在水中，充分溶脹均勻得到疏水締合的聚丙烯酰胺水凝膠。在365nm的光照下，該水凝膠為紅褐色，在440nm的光照下，該水凝膠又可逆地轉化到棕褐色且在此過程中光照不影響其粘度即其相態的變化。本發明制備方法簡單，原料易得，所得到的水凝膠穩定性較好，具有光刺激響應性。該材料對于探索光信息轉換與存儲、感應器、油田助劑、水處理等領域具有一定的學術價值和廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及高分子材料領域，具體涉及一種光致變色的聚丙烯酰胺超分子水凝膠及制備方法。

背景技術

刺激響應性聚合物是近年研究較多的智能材料，目前常見的一種方法是通過動態的非共價鍵作用來連接構建基元，從而實現溫度、光照、pH、溶劑等響應性。刺激響應性聚合物作為一種新型的智能材料，在藥物釋放、形狀記憶材料、組織工程、分子傳感器、自修復材料等領域有潛在的應用前景。

疏水作用是在很多天然生物大分子中常見的非共價作用力。疏水締合聚合物是通過親水性單體和少量疏水單體的共聚反應得到的，利用鏈段和疏水基團之間的親疏水作用在水溶液中進行組裝得到具有特性粘度的超分子聚合物。疏水締合聚丙烯酰胺因其良好的抗鹽性、抗剪切能力和驅油性而受到廣泛研究，因此通過化學改性，開發具有不同性能和用途的新型材料具有十分重要的實際意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種成本較低、操作簡單的光致變色聚丙烯酰胺水凝膠及制備方法，本發明將光敏性的偶氮苯和螺吡喃基團作為疏水基團引入聚丙烯酰胺中，得到一種光致變色的聚丙烯酰胺軟材料。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種光致變色的聚丙烯酰胺超分子水凝膠的制備方法，該方法包括以下具體步驟：步驟1：功能化丙烯酰胺的合成

(1)碘化N-(β-丙酸基)-2,3,3-三甲基吲哚季銨鹽即化合物a的合成

乙腈為溶劑，2,3,3-三甲基吲哚與β-碘丙酸回流反應2～5h；反應完畢后，將溶劑乙腈減壓蒸餾除去，所得暗紅色粘液用二氯甲烷溶解，滴入石油醚中析出大量暗紅色固體，過濾得碘化N-(β-丙酸基)-2,3,3-三甲基吲哚季銨鹽；其中，2,3,3-三甲基吲哚與β-碘丙酸的摩爾比為1:1～1.5；

(2)羧基螺吡喃即化合物b的合成

氮氣環境保護下，碘化N-(β-丙酸基)-2,3,3-三甲基吲哚季銨鹽，加入丙酮和哌啶，向反應液中加入5-硝基水楊醛，50～65℃加熱回流3～8h，反應液在冰箱中放置過夜，析出淡黃綠色固體，過濾得羧基螺吡喃；其中，5-硝基水楊醛與碘化N-(β-丙酸基)-2,3,3-三甲基吲哚季銨鹽的摩爾比為1～1.5:1；

(3)羥基螺吡喃即化合物c的合成

在反應容器中加入羧基螺吡喃、無水二氯甲烷溶液、乙二醇和4-二甲氨基吡啶DMAP，然后在冰浴條件和氮氣保護下，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽EDCI；在室溫條件下反應一天，經TLC監測反應物基本消失；粗產物經過柱處理得到紅棕色固體-羥基螺吡喃；其中，乙二醇與羧基螺吡喃的摩爾比為8～12:1；4-二甲氨基吡啶DMAP與羧基螺吡喃的摩爾比為3～7:100；1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽EDCI與羧基啰吡喃的摩爾比為1:1.5～2；

(4)雙羧基丙烯酰胺即化合物d的合成