[发明专利]一种侧链含偶氮吡啶的N-异丙基丙烯酰胺共聚物的应用

说明书

本发明公开了一种侧链含偶氮的N‑异丙基丙烯酰胺共聚物的应用。甲基丙烯酸‑4‑(4‑吡啶基偶氮)苯酯(PAZO)、N‑异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(EGMA)无规共聚得到多重响应三元共聚物P(NIPAM‑co‑PAZO‑co‑EGMA)。采用凝胶渗透色谱和核磁共振氢谱对聚合物的结构进行表征，经紫外光谱对聚合物进行研究，发现聚合物具有良好的光致顺反异构。聚合物最低相转变温度(LCST)为49℃，经紫外光照LCST下降2℃变为47℃，同时聚合物对pH值也具有响应性，聚合物溶液通入CO₂后LCST变为62℃，升高了13℃。向溶液中通入氩气排除CO₂，溶液的LCST再次变为49℃。交替通入CO₂和氩气，溶液LCST具有可逆性。表明该聚合物具有温度、光、pH以及气体响应性。

技术领域

本发明涉及高分子领域，为环境敏感型高分子材料，尤其涉及一种侧链含偶氮吡啶的N- 异丙基丙烯酰胺共聚物的应用。

背景技术

环境敏感型高分子材料由于能对外界环境(如光、热、pH值、气体等)变化做出响应从而使自身也发生相应的变化，使得其成为功能高分子研究的一个重点，并且这种性质使得其在药物释放和传输、生物技术、催化以及水处理等方面具有重要的研究意义。偶氮吡啶基团不仅具有光致顺反异构响应、pH响应和能够金属离子络合等特性。这些特征使得偶氮吡啶聚合物具有多重响应性从而具有更广泛的应用。

因为聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)具有最低临界相转变温度(LCST)，通过添加功能基团可以改变聚合物的LCST，所以PNIPAM是现在最具有热点的一种温敏性高分子。偶氮基团在紫外光照下或热的影响下，其顺式(cis)和反式(trans)构型会发生可逆的转变，同时伴随着偶氮苯分子几何尺寸和偶极矩的变化。由于这一性质，通过在PNIPAM中引入偶氮苯基团使聚合物材料具有温度-光双重响应性，通过紫外光照来调节聚合物的温敏性。Tamaoki等人成功合成了含偶氮苯端基的温敏型线型PNIPAM，在紫外辐照下，构型的转变使得偶氮苯的极性变大，聚合物亲水性发生变化，提高了聚合物的LCST。Cui等人研究了偶氮吡啶与不同酸的络合，偶氮吡啶异构化的变化以及薄膜物理性能的变化。Kim等人研究了偶氮吡啶与银离子络合，通过偶氮吡啶基团与银离子络合生成共价键，使得在水溶液中单体分子连接在一起形成凝胶，通过控制银离子浓度，进而控制溶液凝胶，并且研究了银离子浓度对溶液中高分子结构的影响。Yu等人通过后修饰法在温敏型支化聚合物中引入偶氮苯基团，较高偶氮苯含量的超支化聚合物(hPEZ₂₁₁-AZO₁₀)在水溶液中自组装，形成球状的纳米胶束，经过紫外光照射，偶氮苯的异构化驱动了纳米胶束改变尺寸。

为了使聚合物获得更多响应性，本发明在PNIPAM链段中引入了偶氮吡啶基团。除了温度响应和光响应还能够对pH值进行响应，并且由于pH对聚合物的影响，聚合物溶液还能够对一些气体进行响应。本发明可以通过CO₂来调节聚合物溶液的LCST，并且可以通过控制 CO₂在溶液中的含量来实现聚合物溶液LCST的可逆变化。

发明内容

本发明的目的在于设计提供一种既对温度有响应性，又对pH值有响应性，同时在聚合物链段中含有对紫外光也具有响应性的功能性单体，该聚合物既要满足快速多重响应，并且聚合物还属于水溶性。并且提供一种该功能性单体和共聚物的制备方法，使制备工艺简单，产品纯度高，并对获得的共聚物进行温度、pH值、紫外光响应性的测试，具有很好的三重响应性，并且通过CO₂改变pH值，间接的实现了对气体的响应性。

本发明要解决的技术问题是，提供一种具有温度、pH值、紫外光三重响应的新型聚合物。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种侧链含偶氮吡啶的N-异丙基丙烯酰胺共聚物，其具有式[1]的结构通式：