一种通过二次光聚合制备双重刺激响应性表面的方法技术

一种通过二次光聚合制备双重刺激响应性表面的方法涉及对多种基材表面接枝改性领域。第一步采用裂解型光引发剂使表面接枝pH响应性化合物，表面所接枝的这种pH响应性聚合物可作为下一步反应的氢供体和助引发剂，第二步采用夺氢型引发剂在前面基础上进行光聚合反应接枝双键修饰的光响应性化合物。这种方法不仅拥有光聚合的高效、节能、经济、环保、等优点，同时将化合物以共价键方式接到表面，不易脱落。本发明专利技术所制备的智能表面具有良好的光响应性，pH响应性，其表面聚合物溶胀性能和润湿性能都是能可逆控制的。这种表面由于其良好的可控润湿性能、机械效应，在表面分子开关、表面控释、离子吸附方面有潜在的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种通过二次光聚合制备双重刺激响应性表面的方法
本专利技术涉及对多种基材表面接枝改性，采用不同类型光引发剂通过二次光聚合方法制备双重刺激响应性表面。
技术介绍
自然界中存在着一些随着环境刺激能进行响应的植物和动物，如含羞草、向日葵、变色龙等。模仿这些动植物的现象，发现并合成一些刺激响应性材料引起了科学家的极大兴趣，这些化合物可以在外界环境变化如温度、pH、光照、电场、磁场等刺激下发生润湿性能、体积、形状、机械性能等的变化。随着社会的发展，充分研究并利用这些刺激响应性化合物制备智能材料会越来越受到人们的普遍关注。前些年的主要研究在于化合物本身的性质，集中于溶液和凝胶体系，近年来通过接枝刺激响应性材料在固体表面也得到了广泛的研究。通过在多种基材表面修饰刺激响应性化合物来构建响应性智能表面主要分为物理法和化学法两种，物理法中化合物与表面一般依靠非共价键结合，表面化合物容易脱落；而化学法如表面诱导氧化还原聚合、原子转移自由基聚合、层层自组装等是将化合物以共价键形式接枝在表面上，但大部分方法比较复杂，而且耗时耗能。如AbdullahM.Alswieleh等人将pH响应性化合物以原子转移自由基聚合(ATRP)方法接枝在硅片表面使表面具有pH响应性能，反应过程复杂，反应中过渡金属络合物不易提纯导致聚合物易老化(A.M.Alswieleh,N.Cheng,G.J.Leggett,Langmuir:theACSjournalofsurfacesandcolloids,30(2014)1391-1400)；YueguoDong等人采用了光聚合方法在表面接枝温度响应性化合物N-异丙基丙烯酰胺制备了温度刺激响应性表面(Y.Dong,X.Zhu,F.Shi,J.Nie,AppliedSurfaceScience,307(2014)7-12)，虽然采用了简单快速的表面光聚合反应方法，但只利用一种类型的光引发剂制备出了单一环境(温度)响应性表面。我们现在专利技术了一种通过二次光聚合反应制备多重刺激响应性表面的方法。这种方法不仅利用光聚合的高效、节能、经济、环保、等优点，同时根据不同的光聚合反应机理，采用裂解型和夺氢型两种不同类型的自由基光引发剂进行二次光聚合对基材表面进行改性制备出双重可逆刺激响应性表面。第一步采用裂解型引发剂使表面接枝pH响应性化合物，这种聚合物可作为后续反应的氢供体和助引发剂，第二步采用夺氢型引发剂在前面基础上进行光聚合反应接枝双键修饰的光响应性化合物；这种方法简单易行，而且将化合物以共价键方式接到表面，不易脱落。所制备的表面由于其良好的可控润湿性能、机械效应在表面分子开关、表面控释、离子吸附方面有潜在的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单温和的二次光聚合方法制备具有双重可逆刺激响应性能的表面。本专利技术是利用不同的光聚合反应机理，采用裂解型和夺氢型两种不同类型的自由基光引发剂通过二次光聚合的方法制备出双重刺激响应性表面。以制备一种pH和光双重可逆刺激响应性表面为例，通过二次光聚合反应将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和2-甲基-4-偶氮苯丙烯酸酯以共价键的方式接枝在不同基材表面上。该方法包括以下步骤：(1)、配制pH响应的光聚合体系溶液，涂到改性基材表面上，光照一定时间使其发生光聚合反应，然后将接枝聚合物的基材浸入乙醇中超声处理，用氮气吹干待用。此步骤光照过程中可加入球形或者条纹状光掩膜构建图案画表面。(2)、配制环境刺激响应性的光聚合体系溶液，涂在步骤(1)中得到的基材表面上，光照一定时间使其发生第二次光聚合反应，得到的表面在乙醇中超声处理，氮气吹干得到终产物。(3)、步骤(2)中产物做光和刺激响应性测试、溶胀性能测试、润湿性能测试。二次光聚合反应制备双重刺激响应性表面的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、配制pH响应的光聚合体系溶液，涂到基材表面上，光照60-900s使其发生光聚合反应，将此改性后的基材浸入乙醇中超声1-10min，用氮气吹干待用；(2)、配制光或者温度环境刺激响应性的光聚合单体，涂在步骤(1)中得到的基材表面上，光照60-900s使其发生二次光聚合反应，然后将此基材在乙醇中超声1-10min得到终产物；步骤(1)中光聚合体系的引发剂采用裂解型自由基光引发剂，步骤(2)中光聚合反应采用自由基光引发剂。进一步，步骤(1)和(2)中这两步光聚合过程中采用各种不同形状的光掩膜。进一步，步骤(1)和(2)中所述的基材为：硅片、石英片、玻璃片、铁片、铜片、PET薄膜或聚丙烯PP。进一步，步骤(1)和(2)中所述的光源为：汞灯、氙灯、UV-LED灯、晒版灯或碘镓灯，光强10-1000mW/cm2。进一步，其特征在于步骤(1)中所述的光聚合体系配方：(1)、单体为一端含有双键，另一端含有叔胺的单体，占体系的质量分数为20％-98％，通式为：n≥1；R3＝H或CH3；R1、R2为以下基团：1≤m≤10(2)、交联剂为丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种混合，占体系质量分数为1％-10％；(3)、引发剂为裂解型光引发剂2-羟基-2甲基-1-苯基酮(1173)、1-羟基-环已基苯甲酮(184)、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮(907)、2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基丙酮(2959)、2-苯基苄-2-二甲氨基-1-(4-吗啉苄苯基)-1-丁酮(369)，占体系质量分数为0.1％-3％；(4)、其余为溶剂，溶剂为乙醇、丙酮、甲苯、乙酸乙酯中的一种。进一步，步骤(2)中所述光聚合反应中的体系配方为：(1)、单体为端基含有双键的光和温度响应性单体，占体系的质量分数为20％-80％；包括光响应性单体，通式为：R4＝H或CH3R5为以下基团：0≤m≤5；0≤p≤5此单体或者是温度响应性化合物N-异丙基丙烯酰胺；(2)、交联剂为丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或者几种混合，占体系质量分数为0-10％；(3)、引发剂为夺氢型光引发剂异丙基硫杂蒽酮(ITX)、二苯甲酮(BP)、2-乙基蒽醌(2-EA)中的一种或多种混合，占体系质量分数为0.1％-3％；(4)、其余为溶剂，溶剂为丙酮、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯中的一种。本专利技术这种制备方法借助于高效、节能、环保的光聚合方法，充分利用其不同类型光引发剂的不同光聚合反应机理将pH响应和光响应性的单体以共价键的方式接枝在基材上得到了双重可逆刺激响应性表面，这个表面特点如下：1、整个过程反应条件温和，反应迅速，而且均为化学修饰，聚合物以共价键的方式接枝在基材表面，表面接枝牢固不易脱落。2、接枝改性后的基材表面表现出良好的pH响应性能，在不同pH条件下会发生润湿性能变化和溶胀性能变化。3、接枝改性后的基材表面同时也表现出良好的光响应性能，所接枝的偶氮苯化合物在表面能够发生很好的光致异构性能。附图说明图1.按实施例1所制备的表面光响应紫外可见光谱图。图2.按实施例1所制备的基材表面聚合物pH响应性本文档来自技高网...

【技术保护点】
二次光聚合反应制备双重刺激响应性表面的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、配制pH响应的光聚合体系溶液，涂到基材表面上，光照60‑900s使其发生光聚合反应，将此改性后的基材浸入乙醇中超声1‑10min，用氮气吹干待用；(2)、配制光或者温度环境刺激响应性的光聚合单体，涂在步骤(1)中得到的基材表面上，光照60‑900s使其发生二次光聚合反应，然后将此基材在乙醇中超声1‑10min得到终产物；步骤(1)中光聚合体系的引发剂采用裂解型自由基光引发剂，步骤(2)中光聚合反应采用自由基光引发剂。

【技术特征摘要】
1.二次光聚合反应制备双重刺激响应性表面的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、配制pH响应的光聚合体系溶液，涂到基材表面上，光照60-900s使其发生光聚合反应，将此改性后的基材浸入乙醇中超声1-10min，用氮气吹干待用；(2)、配制光或者温度环境刺激响应性的光聚合单体，涂在步骤(1)中得到的基材表面上，光照60-900s使其发生二次光聚合反应，然后将此基材在乙醇中超声1-10min得到终产物；步骤(1)中所述的光聚合体系配方：(1)、单体为一端含有双键，另一端含有叔胺的单体，占体系的质量分数为20％-98％，通式为：n≥1；R3＝H或CH3；R1、R2为以下基团：1≤m≤10(2)、交联剂为丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种混合，占体系质量分数为1％-10％；(3)、引发剂为裂解型光引发剂1-羟基-环己基苯甲酮(184)、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮(907)、2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基丙酮(2959)、2-苯基苄-2-二甲氨基-1-(4-吗啉苄苯基)-1-丁酮(369)，占体系质量分数为0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂俊，武少鹏，朱晓群，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11