[发明专利]一种紫外光诱导梯度结构的杂化材料、制备方法及其在响应性形状转变方面的应用

说明书

本发明公开了一种紫外光诱导梯度结构的杂化材料、制备方法及其在响应性形状转变方面的应用。杂化材料是由光敏基团接枝的弹性体材料和碳纳米材料复合形成的膜材料；所述光敏基团为可发生光二聚反应的基团，弹性体材料的基体为含有孤立双键的弹性体。本发明利用碳纳米材料的吸收光线的特点，光交联的时候，调节材料内部不同深度处的光强，实现对不同深度处的光二聚基团的二聚率和材料的交联密度的控制，进而膜材料在垂直方向上具有梯度结构，梯度结构的形成，使其在外界刺激(如温度、溶剂、红外光等)的条件下，实现多种形状转变；同时光致梯度结构可逆，其可通过加热或300nm以下紫外照射擦除，恢复到原始的线性结构。

技术领域

本发明属于化学材料制备及应用技术领域，具体涉及一种紫外光诱导梯度结构的杂化材料、制备方法及其在响应性形状转变方面的应用。

背景技术

目前材料的响应性形状转变是一个研究的热点方向，而不均衡结构材料在响应性形状转变的研究中展现出很大的优势。不均衡结构的存在使得其在响应性行为发生时可以根据调控发生更加多样及可设计性的形状转变。但是在目前的研究中，这种不均衡结构材料的制备多集中在层层结构和液晶聚合物两种主要方法。而在层层结构的制备过程中，需要选取两种不同的聚合物，并将二者粘合在一起，这样形成性能不同的双层结构。这种双层结构在受到外界刺激时，由于内部受力的差异性，材料发生形状转变。但是这种方法的缺点是，两层聚合物间的相互作用力要在一个合适的范围，使二者能够有效地粘结在一起。而在使用过程中，这种双层结构也易于发生分离。液晶聚合物材料获得不均衡结构是将液晶结构引入到材料体系内部，利用液晶的晶相转变，及液晶结构取向的区域性差异实现不均衡结构的制备。但是这种方法多需要复杂的合成过程及特定的液晶取向条件，工艺复杂条件苛刻，故也不利于大范围推广使用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可循环利用的紫外光诱导梯度结构的杂化材料、制备方法及其在响应性形状转变方面的应用。本发明可简单快速获得光诱导不均衡梯度结构的杂化材料，梯度结构的杂化材料在外界刺激(如温度、溶剂、红外光等)的条件下，可实现多种形状转变。

本发明中，光敏基团接枝的弹性体材料中的光二聚基团可以在紫外光照的条件下发生自交联反应，利用该自交联反应，弹性体内部的分子链部分锁定。碳纳米材料的加入，能在光交联的时候，调节材料内部不同深度处的光强，实现对不同深度处的光二聚基团的二聚率和材料的交联密度的控制，进而得到垂直方向上梯度结构的膜材料。材料结构的不均一性，使得材料可以在外界刺激的条件下发生三维的形状转变。进而将这种梯度结构的膜材料应用到形状转变领域的研究中。其相比于热控结构，光控结构的形成可控性更强，可根据需要进行设计，进而得到更加多样的形状转变。且由于自交联反应的可逆性，使得上述过程是可逆的，在300nm的紫外光光照或者高温条件下，杂化膜材料的结构可以在均衡结构和梯度结构间转换，形状转变也是可逆的，可多次往复循环利用。

本发明技术方案具体阐述如下。

本发明提供一种紫外光诱导梯度结构的杂化材料，其是由光敏基团接枝的弹性体材料和碳纳米材料复合形成的膜材料；其中：所述光敏基团为用于发生光二聚反应的基团，弹性体材料的基体为含有孤立双键的弹性体。

本发明中，光敏基团接枝的弹性体材料与碳纳米材料的质量比为1:0.001-1:0.2。

本发明中，光敏基团选自香豆素基团，蒽基团，查尔酮基团或肉桂酸酯基团中任意一种或几种；弹性体材料的基体选自顺丁橡胶、SBS、SIS、SIBS、丁腈橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶或EPDM中任一种。

本发明中，光敏基团接枝的弹性体通过以下步骤制备得到：

(1)将含有孤立双键的弹性体和巯基羧基化合物溶解在有机溶剂中，搅拌均匀后，加入光引发剂，在紫外光照的条件下发生巯烯点击反应，得到羧基接枝后的改性弹性体；其中：巯基羧基化合物为分子结构中同时含有羧基和巯基的化合物；