[发明专利]光响应聚合物凝胶因子、光响应凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光响应聚合物凝胶因子、光响应凝胶及其制备方法，该光响应聚合物凝胶因子包括若干光响应液晶重复单元，每个光响应液晶重复单元包含偶氮苯及其衍生物基团、柔性链和连接基团；本发明将偶氮苯及其衍生物基团引入到液晶聚合物凝胶因子主链中，通过长烷基链堆积、连接基团的氢键作用和苯环的π‑π相互作用自组装形成三维网络，形成的聚合物凝胶具有光热双重响应的特点；有效解决现有的偶氮苯光响应凝胶存在的响应速度慢、机械性能差的问题，且制备方法简单。

技术领域

本发明属于超分子材料技术领域，更具体地，涉及一种光响应聚合物凝胶因子、光响应凝胶及其制备方法。

背景技术

刺激响应型超分子凝胶是一种能够对外界光、热等刺激发生性质改变的智能材料。其中，光刺激由于其非接触、可精确时空调控的特点受到广泛关注。光响应凝胶在药物控制释放、分子马达和形状记忆材料等方面具有很好的应用前景。

常见的超分子凝胶在外界刺激下常常发生简单的均一形变，而取向型凝胶由于其各向异性结构可以在外界刺激下发生非均一形变，可运用于人工智能软材料驱动器。液晶聚合物具有良好的结构各向异性，将其引入凝胶体系中，有望以简单方法制备取向型凝胶。偶氮苯是一种常见的光响应基团，在紫外光照下可以发生顺反异构，最终带动凝胶宏观结构的变化。目前，文献报道的偶氮苯聚合物凝胶均是以偶氮苯为侧链基团或进一步与环糊精等形成物理交联点而构建的三维凝胶网络【Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,7461–7464】；这类光响应凝胶存在响应速度慢、机械性能差、制备方法复杂等缺点。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种光响应聚合物凝胶因子、光响应凝胶及其制备方法，其目的在于解决现有的偶氮苯光响应凝胶存在响应速度慢、机械性能差、制备方法复杂的问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种光响应聚合物凝胶因子，包括若干光响应液晶重复单元，所述光响应液晶重复单元包含偶氮苯及其衍生物基团、柔性链和连接基团；其化学结构式为：

其中，R为柔性链，X为连接基团；R’为氢原子、氟原子、甲氧基、乙氧基中的任意一种。

优选的，上述光响应聚合物凝胶因子，所述光响应液晶重复单元的聚合度n的取值范围为10～100。

优选的，上述光响应聚合物凝胶因子，所述柔性链R的结构为中的任意一种；其中，m₁的取值范围为4～24，m₂的取值范围为1～6。

优选的，上述光响应聚合物凝胶因子，所述连接基团X的结构为中的任意一种；其中，m₃的取值范围为6～18，m₄的取值范围为2～15。

按照本发明的第二个方面，还提供了一种光响应凝胶，包括上述任一项所述的光响应聚合物凝胶因子以及有机溶剂；其中，所述光响应聚合物凝胶因子与有机溶剂的质量比为(0.1～40)：(60～99.9)。

该光响应凝胶具有对光和热双重可逆响应的特点，具体的：在光的作用下，所述光响应凝胶具有可逆响应的特点，在热的作用下，所述光响应凝胶也具有可逆响应的特点；所述光为紫外光(波长365nm)、可见光绿光(波长为450nm)、蓝光(波长为550nm)中的任意一种。

按照本发明的第三个方面，还提供了一种光响应凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成凝胶因子

其中，R为柔性链，X为连接基团；R’为氢原子、氟原子、甲氧基、乙氧基中的任意一种；所述柔性链R的结构为中的任意一种；其中，m₁的取值范围为4～24，m₂的取值范围为1～6；所述连接基团X的结构为中的任意一种；其中，m₃的取值范围为6～18，m₄的取值范围为2～15；