一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物制造技术

本发明专利技术公开了一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其在聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels‑Alder力敏基元的力敏团；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。所述的力致响应性聚合物通过引入此力敏团，可制备出可调控、性能多样、结构丰富的力致响应性聚合物材料。该力致响应性聚合物可以作为具有力致响应功能的聚合物结构件、功能涂层、光电器件材料、力学探针材料、力传感器、智能响应材料、形状记忆材料等而获得广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物
本专利技术涉及智能材料领域，具体涉及一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物。
技术介绍
高分子力化学是建立在高分子化学与力学基础上的交叉学科，主要研究高分子在机械力作用下物理、化学性质的变化。机械力响应性高分子便是将力敏感基团以共价键的形式，嵌入高分子骨架中。与目前广泛利用的光、热、电等激励方式不同的是，机械力具有方向性：在机械力作用下，高分子链可以作为应力传导介质，使机械能从高分子链的两端向中心传导。与通常的化学反应过程相比，机械力诱导的化学反应具有高反应活性、高方向性、高选择性和分子量的依赖性等特点。传统的化学反应往往通过加热、光照、辐射等方式进行引发，而机械力作为一种广泛存在于自然界和生物体的能量传递方式，相比较光、电、热等引发条件，其更为清洁更易得。近年来随着聚合物材料科学的飞速发展，越来越多的科研工作者开始对力化学展开研究。力化学所研究的是在力作用诱导下的化学键的形成和断裂、分子间相互作用的变化过程，通过向分子中引入对力作用敏感的基团(力敏团)，在外界力的刺激下实现选择性的化学键变化，进而改变分子结构，影响其原有的物理/化学性质；由于力化学具有简便、清洁、高效、经济等特点，尤其可用于制备一系列具有不同响应形式的智能结构，在无机材料、有机合成、药物学、纳米材料、金属络合物、超分子、聚合物合成、智能材料等领域获得日益广泛的应用。其中，聚合物由于其特殊的物理和化学性质而具有广泛的力学响应范围，设计并实现具有力致响应功能的聚合物材料变得十分重要。Diels-Alder反应(DA反应)，又名双烯加成反应，是由双烯体与亲双烯体通过加成形成环状结构的反应，是有机化学合成反应中非常重要的共价键形成手段之一，也是现代有机合成里常用的反应之一。DA反应能够呈现出丰富的立体化学，兼有立体选择性、立体专一性和区域选择性等优点，由于DA环加成产物也具有力响应性，可在机械力作用下进行逆环化反应，进而引起分子结构的改变，因此，也可将其作为力敏团引入到聚合物中制备力致响应性聚合物。但是，传统的DA结构调控能力较弱，对机械力的功能性响应不够丰富，力响应后也难以再次利用，难以充分发挥其智能响应与调控功能。
技术实现思路
本专利技术针对上述背景，提供了一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其在聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。所述的力致响应性聚合物不仅具有力致响应功能，还能够利用不同的光照条件控制力敏团的锁定与解锁定，从而实现对聚合物力致响应性的智能调控。本专利技术通过如下技术方案予以实现：本专利技术提供一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以下，共价交联的交联度在其凝胶点以下，但二者的交联度之和在其凝胶点以上；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。本专利技术提供一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以下，共价交联的交联度在其凝胶点以上；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。本专利技术提供一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以上，且交联网络中不含有共价交联；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。本专利技术提供一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以上，共价交联的交联度在其凝胶点以上；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。本专利技术提供一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其为支化结构，在其聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，聚合物链骨架上含有的力敏团个数为一个或多个；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。本专利技术提供一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其为环状结构，在其聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，聚合物链骨架上含有的力敏团个数为一个或多个；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。本专利技术提供一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其为团簇结构，在其聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，聚合物链骨架上含有的力敏团个数为一个或多个；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。本专利技术提供一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其为线型结构，在其聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，聚合物链骨架上含有的力敏团个数为两个或多个；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。在本专利技术中，所述的具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团，其优选自以下通式结构中的一类：第一类：其中，K1、K2各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子，且在K1、K2中至少有一个选自碳原子；a1、a2分别表示与K1、K2相连的连接个数；当K1、K2各自独立地选自氧原子、硫原子时，a1、a2＝0；当K1、K2各自独立地选自氮原子时，a1、a2＝1；当K1、K2各自独立地选自碳原子时，a1、a2＝2；I1不存在，或选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式；当I1不存在时，b＝2；当I1选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式时，b＝1；C1、C2、C3、C4表示不同位置的碳原子；同一个原子上的不同可以连接成环，不同原子上的也可以连接成环，其中，优选在K1与K2之间，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以下，共价交联的交联度在其凝胶点以下，但二者的交联度之和在其凝胶点以上；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以下，共价交联的交联度在其凝胶点以下，但二者的交联度之和在其凝胶点以上；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。


2.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以下，共价交联的交联度在其凝胶点以上；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。


3.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以上，且交联网络中不含有共价交联；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。


4.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为单网络交联结构，在此交联网络中含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，交联网络中含有的力敏团个数为一个或多个；其中，交联网络中力敏团交联的交联度在其凝胶点以上，共价交联的交联度在其凝胶点以上；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。


5.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为支化结构，在其聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，聚合物链骨架上含有的力敏团个数为一个或多个；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。


6.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为环状结构，在其聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，聚合物链骨架上含有的力敏团个数为一个或多个；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。


7.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为团簇结构，在其聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，聚合物链骨架上含有的力敏团个数为一个或多个；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。


8.一种具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，其为线型结构，在其聚合物链骨架上含有一种具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团；其中，聚合物链骨架上含有的力敏团个数为两个或多个；在特定光照条件下，所述力致响应性聚合物中的力敏团在机械力作用下发生力致化学变化，实现力致响应。


9.根据权利要求1到8中任一项所述的具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，所述的具有光控开关功能的含有Diels-Alder力敏基元的力敏团，其选自以下通式结构中的一类：
第一类：



其中，K1、K2各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子，且在K1、K2中至少有一个选自碳原子；a1、a2分别表示与K1、K2相连的连接个数；当K1、K2各自独立地选自氧原子、硫原子时，a1、a2＝0；当K1、K2各自独立地选自氮原子时，a1、a2＝1；当K1、K2各自独立地选自碳原子时，a1、a2＝2；I1不存在，或选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式；当I1不存在时，b＝2；当I1选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式时，b＝1；C1、C2、C3、C4表示不同位置的碳原子；K1与K2之间，C1与C2之间，C3与C4之间成环或者不成环；
第二类：



其中，K1、K2、K3、K4各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子，且在K1、K2，或K3、K4中至少有一个选自碳原子；a1、a2、a3、a4分别表示与K1、K2、K3、K4相连的连接个数；当K1、K2、K3、K4各自独立地选自氧原子、硫原子时，a1、a2、a3、a4＝0；当K1、K2、K3、K4各自独立地选自氮原子时，a1、a2、a3、a4＝1；当K1、K2、K3、K4各自独立地选自碳原子时，a1、a2、a3、a4＝2；I1、I2各自独立地不存在，或各自独立地选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式；当I1、I2各自独立地不存在时，b＝2；当I1、I2各自独立地选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式时，b＝1；C1、C2表示不同位置的碳原子；K1与K2之间，K3与K4之间，C1与C2之间成环或者不成环；
第三类：



其中，K1、K2、K3、K4、K5、K6各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子，且在K1、K2，或K3、K4，或K5、K6中至少有一个选自碳原子；a1、a2、a3、a4、a5、a6分别表示与K1、K2、K3、K4、K5、K6相连的连接个数；当K1、K2、K3、K4、K5、K6各自独立地选自氧原子、硫原子时，a1、a2、a3、a4、a5、a6＝0；当K1、K2、K3、K4、K5、K6各自独立地选自氮原子时，a1、a2、a3、a4、a5、a6＝1；当K1、K2、K3、K4、K5、K6各自独立地选自碳原子时，a1、a2、a3、a4、a5、a6＝2；I1、I2、I3各自独立地不存在，或各自独立地选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式；当I1、I2、I3各自独立地不存在时，b＝2；当I1、I2、I3各自独立地选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式时，b＝1；K1与K2之间，K3与K4之间，K5与K6之间成环或者不成环；
第四类：



其中，K1、K2各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子，且在K1、K2中至少有一个选自碳原子；a1、a2分别表示与K1、K2相连的连接个数；当K1、K2各自独立地选自氧原子、硫原子时，a1、a2＝0；当K1、K2各自独立地选自氮原子时，a1、a2＝1；当K1、K2各自独立地选自碳原子时，a1、a2＝2；I1不存在，或选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式；当I1不存在时，b＝2；当I1选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式时，b＝1；C1、C2、C5、C6表示不同位置的碳原子；K1与K2之间，C1与C2之间，C5与C6之间成环或者不成环；
第五类：



其中，K1、K2各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子，且在K1、K2中至少有一个选自碳原子；a1、a2分别表示与K1、K2相连的连接个数；当K1、K2各自独立地选自氧原子、硫原子时，a1、a2＝0；当K1、K2各自独立地选自氮原子时，a1、a2＝1；当K1、K2各自独立地选自碳原子时，a1、a2＝2；I1不存在，或选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式；当I1不存在时，b＝2；当I1选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式时，b＝1；M选自氧原子、氮原子、二价烷氧基链；c表示与M相连的连接个数；当M选自氧原子、二价烷氧基链时，c＝0；当M选自氮原子时，c＝1；K1与K2之间成环或者不成环；
第六类：



其中，K1、K2、K3、K4各自独立地选自碳原子、氧原子、硫原子、氮原子，且在K1、K2，或K3、K4中至少有一个选自碳原子；a1、a2、a3、a4分别表示与K1、K2、K3、K4相连的连接个数；当K1、K2、K3、K4各自独立地选自氧原子、硫原子时，a1、a2、a3、a4＝0；当K1、K2、K3、K4各自独立地选自氮原子时，a1、a2、a3、a4＝1；当K1、K2、K3、K4各自独立地选自碳原子时，a1、a2、a3、a4＝2；I1、I2各自独立地不存在，或各自独立地选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式；当I1、I2各自独立地不存在时，b＝2；当I1、I2各自独立地选自氧原子、1,1'-羰基、亚甲基及其取代形式、1,2-亚乙基及其取代形式、1,1’-乙烯基及其取代形式时，b＝1；C5、C6表示不同位置的碳原子；K1与K2之间，K3与K4之间，C5与C6之间成环或者不成环。


10.根据权利要求1到8中任一项所述的具有光控开关功能的力致响应性聚合物，其特征在于，在聚合物结构中用于连接所述力敏团的连接单元选自杂原子连接基、二价或多价小分子烃基、二价或多价聚合物链残基、二价或多价无机小分子链残基、二价或多价无机大分子链残基、颗粒状成分中的任一种或任几种。


11.根据权利要求1到8中任一项所述的具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：翁秋梅，
类型：发明
国别省市：福建;35