[發(fā)明專利]一種含氫鍵的線型偶氮苯聚合物及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2020-07-16
• 公開（公告）號: CN111875765B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 竺翀宇;俞燕蕾;孫家豪
• 申請（專利權(quán)）人: 復旦大學
• 主分類號: C08G18/32
• 分類號: C08G18/32;C08G18/75;C08J5/18;C09K19/38;C08L75/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發(fā)明屬于聚合物材料技術領域，涉及一種含氫鍵的線型偶氮苯聚合物及其制備方法與應用。聚合物分子鏈為線型結(jié)構(gòu)，偶氮苯基元位于聚合物主鏈，分子鏈間存在氨酯鍵提供的氫鍵物理交聯(lián)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提出的含氫鍵的線型偶氮苯聚合物合成步驟簡單，能夠通過熔融和溶液法加工，且成型尺寸和形狀無限制，加工成型后可回收循環(huán)再利用。加工成型后經(jīng)過預編輯或不編輯，聚合物在特定波長的光照下會發(fā)生形狀變化。此外，這種聚合物通過調(diào)控偶氮苯兩側(cè)間隔基以及二異氰酸酯的結(jié)構(gòu)可以極大地調(diào)控其力學及光響應形變能力。

技術領域

本發(fā)明屬于聚合物材料技術領域，尤其是涉及一種含氫鍵的線型偶氮苯聚合物及其制備方法與應用。

背景技術

智能變形材料是一種能在外部刺激下發(fā)生特定形狀變化的新型功能材料，在智能織物、生物醫(yī)療、航空航天等領域都有著廣泛的應用前景。通過引入光響應基團或光熱轉(zhuǎn)換粒子，智能形變材料可以通過光刺激控制，實現(xiàn)遠程非接觸、高分辨率、瞬時且具有波長響應性的形變。

目前光響應智能變形材料的構(gòu)筑方法主要有兩種，其一是引入光熱轉(zhuǎn)換粒子，利用光熱效應實現(xiàn)遠程操控。這類材料加工簡單，但光熱轉(zhuǎn)換粒子的引入可能會引起相分離降低材料的力學性能。此外，較高的摻雜比例還會導致材料的熱導率上升，降低操控精度。另一類材料是在聚合物結(jié)構(gòu)中引入偶氮苯基團，利用偶氮苯的光熱效應或光化學反應實現(xiàn)光響應。相比光熱轉(zhuǎn)換粒子，偶氮苯基團可以通過化學鍵合的方式引入聚合物中，不會存在與聚合物基底相容性差的問題。但是，為了獲得光響應形變能力，偶氮苯聚合物中通常需要存在交聯(lián)結(jié)構(gòu)來固定偶氮苯基元的有序排列或分子鏈段的拓撲結(jié)構(gòu)。這導致大部分偶氮苯聚合物都難以加工成三維結(jié)構(gòu)，且成型后不溶不熔，難以回收再利用。

通過先制備線型聚合物，經(jīng)熔融或溶液法加工成型后再交聯(lián)可以一定程度上改善這一問題，例如中國專利文獻CN101948562A公布的一種具有可交聯(lián)性質(zhì)的光響應嵌段液晶聚合物及其制備方法，但是這種材料合成較為復雜，加工一次后同樣無法再次加工。

合成具有高分子量的線型聚合物，利用其分子鏈間的纏結(jié)同樣可以在保持形變能力的基礎上改善加工性，例如中國專利文獻CN103087296A公布的一種側(cè)鏈式線性偶氮苯液晶高分子材料及其制備方法，但是這種材料合成步驟多，不利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種含氫鍵的線型偶氮苯聚合物及其制備方法與應用，以實現(xiàn)光響應形變能力并兼顧良好的加工性。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明第一方面，提供一種含氫鍵的線型偶氮苯聚合物，聚合物分子鏈為線型結(jié)構(gòu)，偶氮苯基元位于聚合物主鏈，分子鏈間存在氨酯鍵提供的氫鍵物理交聯(lián)。

所述含氫鍵的線型偶氮苯聚合物的化學結(jié)構(gòu)式為

其中R₁選自C0～C18的烷基、烷氧基、氟取代烷基或氟取代烷氧基；R₂選自C0～C18的烷基、烷氧基、氟取代烷基或氟取代烷氧基；R₃可以是但不限于六亞甲基、二苯基甲烷、二環(huán)己基甲烷、聚乙二醇等結(jié)構(gòu)；n為10～200。

本發(fā)明第二方面，提供含氫鍵的線型偶氮苯聚合物的制備方法，含氫鍵的線型偶氮苯聚合物由含偶氮苯基團的二元醇(AB)和二異氰酸酯通過加成聚合反應制備獲得。

含氫鍵的線型偶氮苯聚合物的制備方法為：先通過有機合成得到含偶氮苯基團的二元醇(AB)，再與二異氰酸酯混合，在反應器中熱作用下，通過加成聚合生成含氫鍵的線型偶氮苯聚合物。

在本發(fā)明的一個實施方式中，含偶氮苯基團的二元醇(AB)，也可以稱之為含有若干間隔基的偶氮苯二元醇，所述含偶氮苯基團的二元醇(AB)的化學結(jié)構(gòu)式為