一种光控调节的双交联超分子水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能材料技术领域，具体为一种光控调节的双交联的超分子水凝胶及其制备方法。本发明专利技术由带有相反电荷的聚苯乙烯磺酸链段和聚苄乙烯基三甲基氯化铵链段构成凝胶的第一重交联网络，由聚4

【技术实现步骤摘要】
一种光控调节的双交联超分子水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于超分子凝胶
，具体涉及一种光控调节的双交联超分子水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]超分子水凝胶是一类通过非共价键交联而形成的具有三维网络结构的软物质材料，非共价相互作用赋予了其刺激响应性，从而在生物医药、柔性电导、智能制动领域具有潜在应用价(ACS Nano.2021,15,8, 12687
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12722; ACS Applied Energy Materials.2018,1,8,4261
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4268)。为了赋予超分子水凝胶对外界刺激做出响应从而改变水凝胶的宏观性能或其形貌特征，不同种类的可响应外界刺激从而改变其非共价相互作用的化合物基元被广泛开发并被引入超分子凝胶体系中。其中光照刺激作为一种无损刺激并且可以远程控制的刺激手段被科学家们广泛利用。所以开发新型的可响应光照刺激的超分子基元具有了实际意义。
[0003]自由基相互作用是一种新颖的孤对电子间的非共价相互作用，由分子经光照或氧化还原作用生成自由基并使分子通过自由基相互作用从而发生超分子层级组装，形成聚集。但目前光生自由基相互作用的研究多集中于三苯胺衍生物小分子及一维纤维状组装体之间（Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49,6974
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6978），研究者们并未将这种可光响应的超分子作用拓展到聚合物材料领域，尤其是在超分子水凝胶材料领域并未有研究报道，这大大限制了自由基相互作用的实际应用。<br/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决光生自由基相互作用的应用范围小的问题，提出一种光控调节的双交联超分子水凝胶及其制备方法。
[0005]本专利技术提供的光控调节的双交联超分子水凝胶的制备方法，是将具有静电相互作用作为水凝胶第一重交联，光生自由基相互作用作为第二重交联；具体步骤如下：步骤1：将可在光照下生成自由基并通过产生自由基相互作用的三苯胺衍生物分别与苯乙烯磺酸钠和苄乙烯基三甲基氯化铵混合充分溶解于水与四氢呋喃的共混溶液中，制成两种单体溶液；步骤2：对两种单体溶液再分别加入单体含量0.3
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0.6%（优选0.5%）的热引发剂，制成聚合前驱溶液；聚合前体溶液进行65
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75℃（优选70℃）热引发聚合20
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25（优选24小时）小时，得到两种带有相反电荷的共聚物，记为P（AS
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TPA）和P（CS
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TPA）；步骤3：将两种共聚物等比例混合置于水中搅拌20—25 小时；得到由静电相互作用形成的第一重交联的超分子水凝胶；步骤4：将已形成第一重交联的超分子水凝胶置于紫外灯下光照1
‑
3小时，由聚三苯胺链段经光照产生自由基相互作用形成第二重交联，即制备得到光控调节的双交联超分子水凝胶。
[0006]进一步的，步骤1中，三苯胺衍生物为150mg，苯乙烯磺酸钠为456mg
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2167mg，苄乙烯基三甲基氯化铵为469mg
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2226mg，混合充分溶解于2ml
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4 ml的水与四氢呋喃的共混溶液中，制成两种单体溶液。
[0007]进一步的，步骤1中所述三苯胺衍生物为4
‑
乙烯基三苯胺，其结构式如下：。
[0008]进一步的，步骤1中所述单体溶液中苯乙烯磺酸钠和苄乙烯基三甲基氯化铵与4
‑
乙烯基三苯胺的摩尔比例为（（4
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19）:1）。
[0009]进一步的，步骤1中所述的单体溶液中水与四氢呋喃共混体积比例为1：（0.8
‑
1.2）。
[0010]进一步的，步骤2中所述的热引发剂为偶氮二异丁腈。
[0011]进一步的，步骤3中所述的由静电相互作用形成的第一重交联的超分子水凝胶，其浓度为8
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12 wt%。
[0012]进一步的，步骤4中所述紫外灯采用波长365纳米。
[0013]本专利技术还提供由根据上述方法制备得到的光控调节的双交联超分子水凝胶。随着光照时间延长，由聚三苯胺链段经光生自由基相互作用提供的第二重交联在超分子水凝胶内增多，其力学性能随之增加。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的光控调节的双交联超分子水凝胶及其制备方法，利用带有相反电荷的聚苯乙烯磺酸链段和聚苄乙烯基三甲基胺链段提供了超分子水凝胶的柔软特性，而聚三苯胺链段提供了超分子水凝胶的强度。而其中自由基相互作用的交联程度可通过光照时间调控，进而调控超分子凝胶的机械强度。
[0015]本专利技术的独创性在于将自由基相互作用这一种新颖的非共价相互作用引入了超分子水凝胶体系，开发了其新的应用领域。本专利技术提供的这种光控调节的双交联超分子凝胶制备方法较为简单，具有实际应用意义，在新材料领域有着广泛应用前景。例如，有望应用于智能材料，柔性光控材料等领域。
附图说明
[0016]图1为实施例2的超分子水凝胶P(CA:TPA)9:1和其光控调节的双交联超分子水凝胶的外观比较图。
[0017]图2为实验例1的三苯胺小分子溶液紫外光照前后的照片对比和紫外紫外可见光谱图。
[0018]图3为实验例2的聚三苯胺溶液紫外光照前后照片对比和核磁共振氢谱图。
[0019]图4为实验例3的超分子水凝胶P(CA:TPA)9:1和其光控调节的双交联超分子水凝胶的扫描电子显微镜比较图和其平均孔径对比图。
[0020]图5为实验例4的超分子水凝胶P(CA:TPA)9:1、P(CA:TPA)95:5、P(CA:TPA)8:2的旋
转流变测试图。
具体实施方式
[0021]以下通过实施例对本专利技术提供的光控调节的双交联超分子水凝胶及其制备方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本专利技术作进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述
技术实现思路
，对本专利技术做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于本专利技术的保护范围。
[0022]实施例1：一种光控调节的双交联超分子水凝胶及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：将150mg可在光照下生成自由基并通过产生自由基相互作用的三苯胺衍生物分别与456mg苯乙烯磺酸钠和469mg苄乙烯基三甲基氯化铵混合充分溶解于2ml水与四氢呋喃的1:1共混溶液中制成两种单体溶液；步骤2：对两种单体溶液再分别加入单体含量0.5%的偶氮二异丁腈，即1.82mg, 制成聚合前驱溶液；将聚合前驱溶液在避光条件下进行氮气置换30分钟，除去溶液中的溶解氧；将除氧后的聚合前驱溶液在70℃条件下热引发聚合24小时,得到两种带有相反电荷的共聚物P（AS8‑
TPA2）和P（CS8‑
TPA2）；步骤3：将两种共聚物等比例混合，置于水中搅拌24小时；得到由静电相互作用形成的第一重交联的超分子水凝胶，其浓度为10wt%；将该水凝胶编号为P(CA:TPA)8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光控调节的双交联超分子水凝胶的制备方法，其特征在于，将具有静电相互作用作为水凝胶第一重交联，光生自由基相互作用作为第二重交联；具体步骤如下：步骤1：将可在光照下生成自由基并通过产生自由基相互作用的三苯胺衍生物分别与苯乙烯磺酸钠和苄乙烯基三甲基氯化铵混合充分溶解于水与四氢呋喃的共混溶液中，制成两种单体溶液；步骤2：对两种单体溶液再分别加入单体含量0.3
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0.6%的热引发剂，制成聚合前驱溶液；聚合前体溶液进行65
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75℃热引发聚合20
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25小时，得到两种带有相反电荷的共聚物，记为P（AS
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TPA）和P（CS
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TPA）；步骤3：将两种共聚物等比例混合置于水中搅拌20—25 小时；得到由静电相互作用形成的第一重交联的超分子水凝胶；步骤4：将已形成第一重交联的超分子水凝胶置于紫外灯下光照1
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3小时，由聚三苯胺链段经光照产生自由基相互作用形成第二重交联，即制备得到光控调节的双交联超分子水凝胶。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，三苯胺衍生物为150mg，苯乙烯磺酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫强，巩泽浩，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：