[发明专利]曝气辅助超声化学法制备刺激响应性功能复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种曝气辅助超声化学法制备刺激响应性功能复合材料的方法，分别以不同维度纳米材料及水溶性的高分子聚合物为基体，通过超声合成过程中间歇曝气的方式调控刺激响应性单体在异质材料表界面的聚合反应过程，制备出了具有不同刺激响应行为的功能复合材料。该方法可通过曝气辅助超声化学法实现温度、pH响应单体在多种不同维度的固体纳米材料及含羟基的水溶性高分子上的接枝聚合，制备出在水溶液中分散程度不同的刺激响应性纳米材料或高分子。该方法适用于水溶性不同的化合物表面进行聚合物接枝，与传统的制备方法相比具有绿色、高效、易大规模制备等特点。

技术领域

本发明属于超声合成领域，涉及一种曝气辅助超声化学法制备刺激响应性功能复合材料的方法，具体涉及一种曝气辅助超声化学法以不同维度纳米材料及水溶性的高分子聚合物为基体制备刺激响应性功能复合材料的方法。

背景技术

刺激响应性聚合物是功能性聚合物中一类很重要的材料，具体是指能够感受外界环境，并且随着外部刺激源的变化而使自身物理或化学特性发生较大改变的大分子体系。这些改变包括聚合物链的亲-疏水性质转变、构象翻转、溶解性调节、离子或分子通道运输以及化学键的可逆断裂等。正是由于具有这种刺激-响应能力，刺激响应性聚合物在疾病诊断、生物传感、药物传递、智能光学材料和涂料等领域有着广泛的应用前景。其中，PNIPAM是一种具有温度响应性的水溶性聚合物，其温敏特性主要是体现在低温时，酰胺键与水分子间形成稳定的氢键结构，PNIPAM链呈无规线团状即分子链以舒展的方式与水互溶呈亲水状态；当温度超过其最低临界溶解温度(LCST)时，氢键会被破坏，分子链的构象塌缩成小球状(globule)，因而聚合物体相表现为高温下水溶性降低，呈相对疏水的状态。PDEAEMA是一种具有pH响应性的水溶性聚合物，其pH响应特性主要体现在PDEAEMA侧链上的叔胺基团使得聚合物链呈疏水状态，在水溶液中发生聚集，缠绕成聚合物线团，因此具有较差的水溶性，而在酸性条件下叔胺基团被质子化，从而转变为亲水的季铵盐，由于静电斥力使得分子链舒展并分散在水中。

目前，在异质材料表面进行精确结构的聚合物链的合成，可通过表面引发-原子转移自由基聚合的方式来实现，该方法虽然能实现聚合物链的可控合成，但多步反应及铜盐的难以去除，极大了限制了其应用；除此以外，还能利用引发剂使得环状化合物单体进行开环聚合，在基体材料表面活性位点上发生聚合转变成线性聚合物，但该方法可能会有副产物单体的本体聚合物，使得选择合适的引发体系非常关键。因此，发展一种具有可控性高，且绿色、高效的表面接枝方法势在必行。

与传统的能量源如光、热、电离辐射等相比，超声波作用于介质时并不会与物质发生分子级别的相互作用，引发化学反应的是由超声在液相中传播时产生的空化效应，即空化气泡核形成、生长、震荡及崩溃的一系列过程。气泡崩溃的瞬间产生局部的高温高压(温度约为5000K，压力约为1000bar，升降温速率10¹⁰Ks^-1)、强的剪切作用及微射流。这些极端物理条件的共同作用，不仅能加速化学反应，同时能大幅度提高化学反应效率。近年来，超声化学还可用于选择性地控制化学键地断裂，实现超声引发聚合反应过程。然而由于在液相中空化效应存在作用范围有限及声场分布不均匀等问题，极大地限制了超声化学法在制备结构可控的纳米材料中的应用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种曝气辅助超声化学法制备刺激响应性功能复合材料的方法，以不同维度纳米材料或水溶性的高分子聚合物为基体，通过超声合成过程中间歇曝气的方式调控刺激响应性单体在异质材料表界面的聚合反应过程，制备出了具有不同刺激响应行为的功能复合材料。与传统的接枝聚合中引发剂引发单体聚合相比，本发明中曝气辅助超声化学法具有简单高效的特点且适用于水溶性不同的物质进行接枝聚合，具有重要的应用价值。

技术方案

一种曝气辅助超声化学法制备刺激响应性功能复合材料的方法，其特征在于步骤如下：