[发明专利]一种具有快速自恢复性质的含酚酞衍生物力致变色高分子材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有快速自恢复性质的含酚酞衍生物力致变色高分子材料及其制备方法，所述高分子材料中的酚酞衍生物结构受力时会开环断裂从而发生可见光颜色的改变。由于开环结构本身是热力学不稳定状态，室温下极易恢复至闭环结构，因而该高分子材料具有非常快的自恢复速度，且变色基团可以很方便地进行基团修饰，从而可以通过各种聚合方法引入到聚合物主链中，将极大地推动其在仿生材料、光学存储、显示、力学传感等很多领域的实际应用。

技术领域

本发明涉及有机智能材料领域，具体涉及一种具有快速自恢复性质的含酚酞衍生物力致变色高分子材料及其制备方法。

背景技术

智能材料的发展和广泛应用使得人们对功能性有机材料的需求日益迫切。利用外界刺激能够有效地调控该类材料的各项性能指标，从而能够实现各种功能。刺激源为pH、化学、电以及温度的智能响应性荧光材料相比已有诸多报道，而以力为外界刺激源的力致变色材料的研究相对来说还处于发展阶段。它在调控材料性质方面具有许多独特的优点：易于施加，调控方便，操作简单等。因子在仿生材料、光学存储、显示、力学传感等很多领域具有极大的应用价值。

树脂基力致变色复合材料目前有两种制备方法。一种方法是将具有力致变色性质的有机染料掺杂到树脂基体中。基体材料变形时，借助于聚合物分子链摩擦促使有机染料聚集体的分散，进而改变体系的光学性质。此种方法面临的主要问题是很难赋予材料以可逆光学变化特性。另一种则是化学法，即通过化学合成的方式将变色基团引入聚合物分子的主链中。材料在受力时会将感知到的应力传递到变色基团上。最典型的代表就是2009年由Sottos课题组报道的基于螺吡喃的力致变色聚合物材料(Nature，2009，459，68-72)。螺吡喃是一个非共轭的分子，因其中螺环C-O键的键能较弱在受外力作用时会被打断而异构化形成部花青素的结构，此时分子的共轭链重新形成而发出红色荧光。除了螺吡喃，其它已经报道的力致变色基团有螺噻喃(Angewandte Chemie International Edition,2016,55,3040-3044)，香豆素二聚体(Chem.Commun.,2015,51,9157-9160)，过氧化环丁烷等。此种方法可以很方便地赋予材料以可逆变化特性。但是，目前的体系大都需要外加刺激条件才可恢复，诸如光、pH、热等。不加刺激情况下光学性质恢复很慢，甚至不恢复。因此，如何提高此类材料的自恢复速度就成了迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种能够提高自恢复速度的力致变色高分子材料。酚酞在酸性和碱性条件下分别展现出不同的颜色，其归因于结构中的五元环内酯单元。这种结构中的C-O键键能相对较弱，易于断裂。但和通常的螺环化合物相比，比如螺吡喃，其键能又相对较高。断裂开环的结构更易返回形成闭环结构。基于此，可将其引入聚合物主链中，当材料收到破坏性应力时，酚酞衍生物结构能够发生开环改变材料的颜色，而在撤去外加应力后又能较快的形成闭环结构，从而赋予材料以快速自恢复性质。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种具有快速自恢复性质的含酚酞衍生物力致变色高分子材料，力致变色高分子材料由如下小分子化合物中的一种或几种与其它单体共聚合所得：

其中R₁表示

R₂表示H、

进一步的，所述其它单体为苯乙烯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、聚醚多元醇、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或几种。

本发明还公布了一种具有快速自恢复性质的含酚酞衍生物力致变色高分子材料及其制备方法，包括以下步骤：

a)将酚酞和氨基化合物加入至乙腈溶剂中，回流搅拌12小时后除去溶剂。粗产物经重结晶提纯得酚酞衍生物P-1；