一种光控弹性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光控弹性纤维及其制备方法，首先合成偶氮苯封端的聚己内酯及其衍生物作为客体分子，然后合成多臂柱芳烃作为主体分子，在合适的溶剂中，通过聚己内酯链段与柱芳烃的主客体作用，构建交联网络的超分子凝胶。所述偶氮苯封端的聚己内酯及其衍生物为线型聚己内酯(Azo－PCL－Azo)、聚己内酯－b－聚乙二醇－b－聚己内酯(Azo－PCL－b－PEG－b－PCL－Azo)和星状聚己内酯(S(PCL－Azo)

An optically controlled elastic fiber and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种光控弹性纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及智能纤维
，具体为一种光控弹性纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]人工分子机器是一类模仿宏观机器运动的合成分子系统。科学家将不同分子部件通过非共价键或机械互锁方式连接在一起，创造性地设计了分子汽车、分子升降机和分子马达等的分子机器，并利用特定刺激(化学、光、pH和氧化还原等)产生准机械运动(Nature Chemistry，2018，10，132；Science，2017，356，964)。然而，在分子水平上利用机械设计理念来构建具有刺激响应性的智能材料仍是一个具有挑战性的目标，即如何实现分子水平的运动放大到宏观水平的驱动是非常困难(ACS Central Science，2020，6，347)。为了实现这个目标，需要开发出一种由功能性桥接结构交联的超分子聚合物材料(NatureReviews Materials，2016，1，16024；Advanced Materials，2020，32， 1906036)。
[0003]超分子聚合物材料在外力作用下，不同的解离常数的非共价键作用达到不同的存储模量和损耗模量的平衡，反映在材料中力学性质的非常大的差异 (Angewandte Chemie International Edition，2021，60，16224)。(准) 轮烷和(准)聚轮烷作为超分子聚合物材料重要的组成部分，其中的主体分子 (“轮”)可以在客体分子(“轴”)表现出受刺激响应的滑动驱动(Journalofthe American Chemical Society，2018，140，17308；Science，2020，368， 1247)。因此，设计主客体解离常数较大的超分子网络体系，在外力作用下进行连续的自组装和解组装过程，可实现具有极致拉伸性的智能纤维，在制备电子皮肤、可穿戴设备、微型机器人制动器等具有重要应用价值(Proceedings of theNational Academy of Sciences，2017，114，8163；Advanced Materials， 2018，30，170169)，针对上述问题，在现有的基础上进行技术创新。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种光控弹性纤维及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种光控弹性纤维及其制备方法，制备纤维的超分子凝胶，该超分子凝胶是由偶氮苯封端的聚己内酯及其衍生物作为客体分子和多臂柱芳烃作为主体分子，在合适的溶剂中，通过聚己内酯链段与柱芳烃的主客体相互作用构建得到交联网络的超分子凝胶，所述偶氮苯封端的聚己内酯及其衍生物为线型聚己内酯(Azo
‑
PCL
‑
Azo)、聚己内酯
‑
b
‑
聚乙二醇
ꢀ‑
b
‑
聚己内酯(Azo
‑
PCL
‑
b
‑
PEG
‑
b
‑
PCL
‑
Azo)和星状聚己内酯(S(PCL
‑
Azo)
N
，N＝ 3
‑
6)、星状聚乙二醇
‑
b
‑
聚己内酯(S(PEG
‑
b
‑
PCL
‑
Azo)
M
，M＝4，6，8)，所述多臂柱芳烃为联苯
‑
(甲氧基柱[5]芳烃)2(BP
‑
(P5)2)、三苯甲烷
‑
(甲氧基柱[5] 芳烃)3(TPM
‑
(P5)3)和四苯乙烯
‑
(甲氧基柱[5]芳烃)4(TPE
‑
(P5)4)，其结构式如下：
[0006]通过选择合适的溶剂进行溶解，并控制柱芳烃和聚合物摩尔比，再经过加热超声冷置，最终得到不同交联密度的超分子凝胶，利用毛细管从超分子凝胶中直接提拉得到超细光控弹性纤维。
[0007]进一步的，制备由偶氮苯封端的线型或星状的聚己内酯及其衍生物，分别通过含N个羟基的小分子(如：一缩二乙二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇等，N＝2
‑
6)、聚乙二醇、四臂/六臂/八臂聚乙二醇引发ε
‑
己内酯的开环聚合，分别得到HO
‑
PCL
‑
OH、星状聚己内酯(S(PCL
‑
OH)
N
，N＝3
‑
6)、HO
‑
PCL
‑
b
‑
PEG
‑
b
‑
PCL
‑
OH、星状聚乙二醇
‑
b
‑
聚己内酯(S(PEG
‑
b
‑
PCL
‑
OH)
M
，M＝4，6，8)，随后分别通过分子链末端羟基的基团的转化反应，先后转化为对甲苯磺酰基OTs和叠氮基团，最后与含有炔基的偶氮苯进行Click反应制备得到。
[0008]进一步的，所述偶氮苯封端的聚己内酯及其衍生物的数均分子量M
n
范围为 1.0
×
103‑
5.0
×
105g/mol，分子量分布为1.02
‑
1.60。
[0009]进一步的，溶剂的选择为二氯甲烷、三氯甲烷、二氧六环、丙酮和四氢呋喃。
[0010]进一步的，所述多臂柱芳烃和偶氮苯封端的聚己内酯及其衍生物的摩尔比为 1:0.2
‑
100。
[0011]进一步的，构建超分子凝胶的温度为0
‑
30℃。
[0012]进一步的，制备时提拉温度控制在0
‑
30℃，提拉速度为0.2
‑
5.0cm/s。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该光控弹性纤维及其制备方法基于聚己内酯与柱芳烃的选择性络合而构建的，由于偶氮苯的顺反异构带来的几何形状的变化，在聚己内酯分子链末端充当分子开关，控制柱芳烃在聚己内酯的滑动，因此，通过紫外光照
射，偶氮苯从反式结构变为顺式结构，在外力作用下，柱芳烃不能从聚己内酯分子链上滑移下来，在宏观上反映为纤维从粘弹性到弹性的转变。该光控弹性纤维在制备电子皮肤、可穿戴设备、微型机器人制动器等具有重要应用价值。
附图说明
[0014]图1是BP
‑
(P5)2的1H NMR图谱；
[0015]图2是Azo
‑
PCL
‑
PEG
‑
PCL
‑
Azo的1H NMR图谱；
[0016]图3是的1H NMR图谱；
[0017]图4是超细光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光控弹性纤维及其制备方法，其特征在于，用于制备纤维的超分子凝胶，该超分子凝胶是由偶氮苯封端的聚己内酯及其衍生物作为客体分子和多臂柱芳烃作为主体分子，在溶剂中，通过聚己内酯链段与柱芳烃的主客体相互作用构建得到交联网络的超分子凝胶，所述偶氮苯封端的聚己内酯及其衍生物为线型聚己内酯、聚己内酯－b－聚乙二醇－b－聚己内酯和星状聚己内酯、星状聚乙二醇－b－聚己内酯，所述多臂柱芳烃为联苯－(甲氧基柱[5]芳烃)2(BP－(P5)2)、三苯甲烷－(甲氧基柱[5]芳烃)3(TPM－(P5)3)和四苯乙烯－(甲氧基柱[5]芳烃)4(TPE－(P5)4)；通过选择溶剂进行溶解，并控制柱芳烃和聚合物摩尔比，再经过加热超声冷置，最终得到不同交联密度的超分子凝胶，利用毛细管从超分子凝胶中直接提拉得到超细光控弹性纤维。2.根据权利要求1所述的一种光控弹性纤维及其制备方法，其特征在于，制备由偶氮苯封端的线型或星状的聚己内酯及其衍生物，分别通过含N个羟基的小分子、聚乙二醇、四臂/六臂/八臂聚乙二醇引发ε－己内酯的开环聚合，分别得到HO－PCL－OH、星状聚己内酯、HO－P...

【专利技术属性】
技术研发人员：李进杰，林绍梁，陈健壮，王赫，刘彬秀，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：