[发明专利]一种基于主客体作用的光致形状记忆高分子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光致形状记忆高分子材料及其制备方法，属于智能高分子材料领域。

背景技术

形状记忆高分子材料是一种重要的智能材料，与其他类型形状记忆材料相比，具有柔韧性好、重量轻、价格便宜和易加工性等优点，在生物医用材料、航空航天材料、智能器件材料、光电信息材料等领域具有重要的应用前景，因此受到研究者的广泛关注。形状记忆高分子材料是指能对外界刺激做出响应，并对材料形状进行调整，很快回复到预先设计形状的高分子材料。根据响应方式的不同，形状记忆高分子材料为热致型、光致型、酸碱型、磁致型、电致型等类型。

在各种类型形状记忆高分子材料中，热致型记忆材料得到广泛、系统研究，但是在许多情况下，如：生物体内形状记忆材料、人工肌肉、恒温环境的变形等领域，由于对温度敏感，热致型形状记忆材料的应用受到限制。在这些领域中，光致形状记忆高分子材料具有独特优势。而且，光作为刺激源，具有非接触性、瞬时性、定点性和清洁性等特点，所以光致形状记忆高分子材料特别适合于对热敏感的场所，并且能够实现远程控制和定点控制。

当前研究较多的光致形状记忆高分子材料主要是在热致记忆高分子体系中引入光热转换材料，通过光照辐射产生热，诱导材料发生相应的形状变化，其记忆本质与热致形状记忆高分子材料相同。这类材料可以实现远程控制，但仍然会使材料体系产生热量，在恒温体系中应用时受到制约，同时由于光照生热后，热量在材料中进行传导，无法实现定点控制。为克服这些缺陷，研究者将具有可控“交联/解交联”特性的肉桂酸基团引入形状记忆高分子材料中，获得了光控的形状记忆高分子(Nature,2005,434:879；Biomacromolecules,2011,12:235)。肉桂酸基团对260纳米的紫外光敏感，当赋形同时用大于260纳米波长光照射时，肉桂酸生成二聚体，发生交联，材料形变被固定；当用小于260纳米波长光照射时，交联结构打开，材料形状得到回复。这个体系克服了光照变形过程中热量的产生，但是激发肉桂酸基团，所需紫外光波长短，相应能量要求较高。

主客体作用具有选择性，而且相互作用力强。通过主客体作用，主体分子和客体分子之间能形成稳定的包合物。环糊精和偶氮苯是一类重要的光控主客体分子对，其中环糊精是主体分子，偶氮苯是客体分子。偶氮苯处于反式结构时，通过主客体作用与环糊精发生分子识别，形成稳定的包合物；当用350纳米光照射后，偶氮苯从反式结构转变为顺式结构，与环糊精之间不能发生分子识别，包合物结构被破坏。因此，环糊精和偶氮苯之间也是一种具有可控“交联/解交联”的官能团，而且350纳米波长光源可将其激发，实现光控的可逆交联作用，所需能量要求低，激发效率高。

发明内容

针对目前形状记忆高分子材料的缺点，本发明的目的是提供一种基于主客体作用的光控形状记忆高分子材料，同时本发明也提供这种形状记忆高分子材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明所述的一种基于主客体作用的光致形状记忆高分子及其制备方法，其制备过程是将20-70wt％双键修饰的环糊精单体、30-80wt％双键修饰的偶氮苯单体、2-25wt％交联剂、10-60wt％功能单体、0.5-3wt％引发剂混合均匀，通氮气1小时后将混合体系转入模具，密封后，升温到60-130℃反应3-8小时，再升温到160℃反应1-3小时，冷却到室温后打开模具，即得到基于主客体作用的光致形状记忆高分子。

本发明所述的双键修饰的环糊精单体为α-环糊精单体或β-环糊精单体，通过丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺等单体中的一种与α-环糊精或β-环糊精反应制得。

本发明所述的双键修饰的偶氮苯单体通过丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、丙烯酸、甲基丙烯酸等单体中的一种与对羟基偶氮苯或对氨基偶氮苯反应制得。

本发明所述的交联剂选自二乙烯基苯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺，乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚己内酯二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。

本发明所述的功能单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基羟乙酯、N-乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

本发明所述的引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、二叔丁基过氧化物中的一种或几种。