一种光刺激响应性凝胶材料、其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于机械化学传导材料技术领域，更具体地，涉及一种光刺激响应性凝胶材料、其制备和应用。在遮光条件以及惰性气体保护下，将多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇混合搅拌，得到混合溶液；将二异氰酸酯与所述混合溶液混合，在催化剂作用下发生交联反应，固化成型后得到包含有机溶剂的光刺激响应性凝胶材料；该凝胶材料置于溶剂中对光刺激响应灵敏，其形变程度可以通过光照时间进行调控，照射时间越长，形变越明显。本发明专利技术制备的智能凝胶材料为双交联网络结构，主链上含六芳基联咪唑，可以兼顾凝胶的形变能力和力学性能。本发明专利技术制备出的光驱动的凝胶反应过程简单，成本低廉，适用范围广。

A light stimulus responsive gel material, its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种光刺激响应性凝胶材料、其制备和应用
本专利技术属于机械化学传导材料
，更具体地，涉及一种光刺激响应性凝胶材料、其制备和应用。
技术介绍
智能凝胶是凝胶的一种。传统的水凝胶具有良好的吸水性，保水性和易降解的优点。智能水凝胶还具有良好的缓释性、生物相容性以及外部环境响应性，从而在农药、农业、工业和食品等领域具有广泛的应用，是一类极具开发潜力的高分子材料。智能水凝胶与人体血液，体液和组织液接触时具有良好的生物相容性，容易被降解。因此广泛应用于生物医药，人体组织工程的方面，用作药物载体、缓释剂和医学粘合剂。通过合理的设计，光响应高分子凝胶可以产生光致形变或具有形状记忆功能，完成诸如伸缩、弯曲、爬行、转动等一些复杂的运动，并且可以制作成多种柔性智能执行器，在人工肌肉、人造皮肤、微型机器人、微泵、微阀等领域有着广泛的应用前景。然而，现有文献报道的大都是热响应型形变凝胶，对材料接触的外部环境要求比较苛刻。现有技术虽然报道了一些光响应型凝胶，但是其原理是在材料体系中加入氧化石墨烯，氧化石墨烯可将光照转化为热，本质上这种光响应还是热响应凝胶型材料。这种在材料体系内部物理掺杂一些其它功能性材料，会影响材料的机械物理性能。而光控可实现远程精确无接触控制，从这层意义上来说开发纯光敏型水凝胶意义重大。本专利技术的重点就是发现和开发出具有光响应的水凝胶，而现有的技术和发现具有此功能的材料鲜有报道，要么制备过程复杂，要么原料成本较高。本材料具有制备过程简单，原料价格低廉，具有大规模生产的潜力等优势。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种光刺激响应性凝胶材料、其制备和应用，其目的在于将多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇与二异氰酸酯混合，发生交联反应，最后连同有机溶剂一起固化成型，得到的材料为凝胶结构，将该材料进行光刺激，发现其具有光刺激响应性形变且可逆，由此解决现有技术缺乏光刺激响应性智能凝胶材料的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种光刺激响应性凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在遮光条件以及惰性气体保护下，将多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇混合搅拌，得到混合溶液；(2)将二异氰酸酯与步骤(1)所述混合溶液混合，在催化剂作用下发生交联反应，固化成型后得到包含有机溶剂的光刺激响应性凝胶材料；其中，所述多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子作为该凝胶材料中的动态交联点；所述小分子多元醇作为该凝胶材料中的固定交联点；所述聚二元醇含有的长碳链用于使得制备得到的凝胶材料具有柔韧性；所述二异氰酸酯用于与多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇发生交联反应。优选地，所述的制备方法，还包括步骤：(3)将所述含有有机溶剂的光刺激响应性凝胶材料在抽真空、加热条件下除去其中的有机溶剂，得到所述光刺激响应性凝胶材料。优选地，步骤(1)所述多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、小分子多元醇、聚二元醇以及二异氰酸酯的摩尔比为6:1:(25～30):(45～60)。优选地，步骤(1)所述聚二元醇为低聚物二元醇，所述低聚物二元醇分子量不大于10000g/mol。优选地，所述低聚物二元醇的分子量为400-8000g/mol。优选地，所述多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子为以2-Cl-HABI为分子主体而修饰设计得到的分子，所述2-Cl-HABI具有如式(一)所示的结构：优选地，步骤(1)所述有机溶液中的有机溶剂为沸点高于100℃以上的高沸点有机溶剂，其用于溶解所述所羟基修饰的六芳基联咪唑分子。优选地，步骤(2)所述固化成型为在恒温箱中进行，温度范围为30-60℃。优选地，步骤(2)所述二异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯或芳香族二异氰酸酯；所述二异氰酸酯的摩尔量为所述多羟基功能化的六芳基联咪唑类分子的摩尔量的7～10倍。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种光刺激响应性凝胶材料，按照所述的制备方法制备得到。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的光刺激响应性凝胶材料的应用，用作光刺激响应性形变智能材料。优选地，具体应用时，将所述凝胶材料置于溶剂中，用紫外光照射该材料的一侧，该材料向背光的一侧弯曲，且该材料会变色；随着光照时间增加，该弯曲变形程度越大；停止材料该侧的光照，再向材料的另一测光照，形变逐渐恢复；如果持续光照，该材料会继续向背光的一侧弯曲。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的一种光刺激响应性凝胶材料的制备方法，其将多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇与二异氰酸酯混合，发生交联反应，最后连同有机溶剂一起固化成型，有机溶剂分散在该聚合物中，得到的材料为凝胶结构。(2)本专利技术进一步将制得的包含有机溶剂的凝胶材料进行脱除溶剂处理，得到一种光刺激响应性干凝胶。(3)本专利技术提出的一种光刺激响应性凝胶材料，其为双交联网状结构，四羟基功能化的六芳基联咪唑类分子开关和小分子多元醇为交联剂，网络结构中的六芳基联咪唑充当动态交联点，小分子多元醇为固定交联点。该凝胶材料在紫外光照下材料会持续不断规律运动，且此过程可逆。主要是因为，在溶剂体系中该材料具有双网络结构在材料两侧包含的溶剂分子处于动态平衡状态。当一侧用光照以后网络结构会发生形变，导致两侧溶剂分子数量不同，导致材料两侧受力不同，发生明显形变。(4)本专利技术提出的凝胶材料可在溶剂比如水中，光照条件下发生智能响应形变，作为一种智能凝胶材料，其有着很好的韧性、延展性和抗疲劳性等机械物理性能，能够用作为智能材料，在驱动器、软体机器人、人造生物器官、传感器、制造业、医疗保健、可穿戴设备和医疗器械等方面有着潜在的应用市场。(5)本专利技术提出的可光控水凝胶材料的制备方法对原料的前期处理极为简单，反应过程一步完成，易于工业规模化生产。(6)本专利技术制备的智能凝胶材料为双交联网络结构，主链上含六芳基联咪唑，可以兼顾凝胶的形变能力和力学性能。本专利技术制备出的光驱动的凝胶反应过程简单，成本低廉，适用范围广。附图说明图1是本专利技术制备的光响应性凝胶材料置于水中有无光照条件下的溶胀测试图；图2是本专利技术实施例1制得的光刺激响应性凝胶材料在水中(竖直放入纯水中，上端固定)、光照条件下发生响应形变照片记录图。图3是本专利技术实施例1制得的光刺激响应性凝胶材料在水中(水平放入纯水中，不固定)、光照条件下发生的响应形变照片记录图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种光刺激响应性凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在遮光条件以及惰性气体保护下，将多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇混合搅拌，得到混合溶液；(2)将二异氰酸酯与步骤(1)所述混合溶液混合，在催化剂作用下发生交联反应，固化成型后得到包含有机溶剂的光刺激响应性凝胶材料；其中：所述多羟基修饰的六芳基联咪唑类分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光刺激响应性凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在遮光条件以及惰性气体保护下，将多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇混合搅拌，得到混合溶液；(2)将二异氰酸酯与步骤(1)所述混合溶液混合，在催化剂作用下发生交联反应，固化成型后得到包含有机溶剂的光刺激响应性凝胶材料；其中，所述多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子作为该凝胶材料中的动态交联点；所述小分子多元醇作为该凝胶材料中的固定交联点；所述聚二元醇含有的长碳链用于使得制备得到的凝胶材料具有柔韧性；所述二异氰酸酯用于与多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇发生交联反应。

【技术特征摘要】
1.一种光刺激响应性凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在遮光条件以及惰性气体保护下，将多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇混合搅拌，得到混合溶液；(2)将二异氰酸酯与步骤(1)所述混合溶液混合，在催化剂作用下发生交联反应，固化成型后得到包含有机溶剂的光刺激响应性凝胶材料；其中，所述多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子作为该凝胶材料中的动态交联点；所述小分子多元醇作为该凝胶材料中的固定交联点；所述聚二元醇含有的长碳链用于使得制备得到的凝胶材料具有柔韧性；所述二异氰酸酯用于与多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、聚二元醇以及小分子多元醇发生交联反应。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括步骤：(3)将所述含有有机溶剂的光刺激响应性凝胶材料在抽真空、加热条件下除去其中的有机溶剂，得到所述光刺激响应性凝胶材料。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述多羟基修饰的六芳基联咪唑类分子的有机溶液、小分子多元醇、聚二元醇以及二异氰酸酯的摩尔比为6:1:(25～30):(45～60)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明强，苏玉煊，李冲，向诗力，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42