论文摘要
光响应形变高分子凝胶,由于材料柔软而湿润,可望成为制备光开关、光控阀门、光传感器等光学微机器器件的新型材料,在某些需精细柔软或潮湿等的特定环境中大展宏图。同时,由于光源安全、清洁、易于使用,易于控制,因此光响应形变高分子凝胶材料与其它环境响应材料相比,无论是在工业领域还是生物医学领域都将具有广阔的应用前景。目前,光响应形变高分子凝胶的研究尚处于起步阶段。为此,本研究尝试通过将具有光异构化作用的偶氮苯基团键入高分子凝胶分子结构中,实现凝胶对紫外光的响应性。通过精心的分子设计,合成了可反应性中间单体AAAB,采用自由基共聚合方法,分别合成了具有紫外光响应性的AAAB与AAm、NIPAAm和AA的共聚高分子,并首次合成了三种具有紫外光响应形变性能的共聚高分子凝胶。采用FT-IR、核磁(1H NMR和13C NMR)、XRD、GPC、DSC等对共聚高分子及凝胶的结构进行了表征,并对共聚高分子及共聚凝胶的紫外光响应性能进行了研究。本文提出一种合成分子侧链含有偶氮苯基团的P（AAm-co-AAAB）共聚高分子及其凝胶的新方法。考察了共聚配比、光照时间等对共聚高分子紫外吸收的影响,研究了共聚凝胶的溶胀性能、紫外光响应性能及力学性能等。研究结果表明,共聚高分子及其凝胶具有良好的紫外光响应性能。首次采用自由基共聚合方法合成出具有温度和紫外光双重响应性能的P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝胶。考察了共聚配比、单体及交联剂浓度等对凝胶溶胀性能、紫外光和温度敏感性、力学性能等的影响,以及紫外光强度和辐照时间等对光响应性能的影响。研究结果表明,共聚凝胶具有温敏性,其LCST受共聚配比、单体及交联剂浓度的影响;共聚凝胶在紫外光辐照下体积收缩,停止光照又逐渐恢复。本研究还首次合成了具有pH和紫外光双重响应性的P（AA-co-AAAB）共聚高分子及其凝胶。研究了共聚高分子及其凝胶的紫外光和pH的双重响应性。研究结果表明,共聚高分子溶液的吸光度受pH值和紫外光辐照的影响。共聚凝胶在紫外光作用下,体积明显收缩,光照停止后,体积又逐渐恢复到原来的溶胀状态,表现出较好的光响应性及可逆性。
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摘要ABSTRACT第一章 前言1.1 智能高分子形变材料概述1.1.1 智能高分子形变材料1.2.2 智能高分子形变材料的研究进展1.2 智能高分子凝胶简介1.2.1 智能高分子凝胶1.2.2 智能高分子凝胶的种类1.2.3 智能高分子凝胶的制备1.2.3.1 化学制备方法1.2.3.2 物理制备方法1.2.4 智能高分子凝胶的应用1.3 光响应性高分子凝胶1.3.1 光致变色高分子凝胶1.3.1.1 光致变色高分子凝胶的变色机理1.3.1.2 光致变色高分子凝胶的应用1.3.2 光致形变高分子凝胶1.3.2.1 光响应形变高分子凝胶的分类1.3.2.2 光响应形变高分子凝胶的响应机理1.3.2.3 光响应形变高分子凝胶的应用1.4 偶氮苯聚合物的研究与应用1.4.1 偶氮苯生色团1.4.2 偶氮苯的光异构化反应及其机理1.4.3 偶氮苯聚合物的光感应特性1.4.4 偶氮苯聚合物的类型1.4.4.1 含偶氮苯光学活性侧基的聚合物的研究1.4.4.2 主链型偶氮苯聚合物的研究1.4.4.3 侧链型偶氮苯聚合物的研究1.4.4.4 偶氮苯树枝状聚合物的研究1.4.5 偶氮苯聚合物的应用1.5 本课题的提出及目的和意义1.6 本课题的主要研究思路及内容1.6.1 本课题研究的思路1.6.2 本课题研究的思路第二章 P（AAm-co-AAAB）共聚高分子的合成及性能研究2.1 引言2.2 实验部分2.2.1 药品与仪器2.2.1.1 实验药品2.2.1.2 实验仪器2.2.2 AAAB单体的合成2.2.3 P（AAm-CO-AAAB）共聚高分子的合成2.2.4 AAAB单体与共聚高分子的结构表征及性能测试2.2.4.1 FT-IR分析2.2.4.2 核磁分析2.2.4.3 X-射线衍射分析2.2.4.4 分子量及分子量分布分析2.2.4.5 热性能分析2.2.4.6 AAAB单体及共聚高分子溶解性能测定2.2.5 AAAB单体与共聚高分子紫外光响应性能测试2.2.5.1 AAAB单体光响应性能测试2.2.5.2 P（AAm-co-AAAB）共聚高分子光响应性能测试2.3 结果与讨论2.3.1 AAAB单体与共聚高分子的结构表征2.3.1.1 FT-IR分析2.3.1.2 核磁分析2.3.1.3 X-射线衍射分析2.3.1.4 DSC分析2.3.1.5 共聚高分子的分子量及其分布2.3.2 AAAB单体及共聚高分子溶解性能2.3.3 AAAB单体与共聚高分子的光响应性研究2.3.3.1 AAAB单体溶液的紫外吸收2.3.3.2 共聚高分子溶液的紫外吸收2.3.3.3 共聚配比对共聚物紫外光响应性影响2.3.3.4 共聚高分子溶液紫外光响应可逆性研究2.4 本章小结第三章 光响应P（AAm-co-AAAB）凝胶的合成及性能研究3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 药品与仪器3.2.1.1 实验药品3.2.1.2 实验仪器3.2.2 P（AAm-co-AAAB）凝胶的合成3.2.2.1 PAAm凝胶的合成3.2.2.2 P（AAm-co-AAAB）共聚凝胶的合成3.2.2.3 P（AAm-co-AAAB）与PAAm共混凝胶的合成3.2.3 P（AAm-co-AAAB）共聚凝胶结构表征3.2.3.1 FT-IR分析3.2.3.2 固体核磁分析3.2.3.3 X—射线衍射分析3.2.3.4 凝胶断面形貌分析3.2.4 P（AAm-co-AAAB）共聚凝胶性能研究3.2.4.1 热性能分析3.2.4.2 溶胀性能3.2.4.3 力学性能3.2.4.4 光响应性能3.3 结果与讨论3.3.1 P（AAm-co-AAAB）共聚凝胶的结构表征3.3.1.1 FT-IR分析13C NMR分析'>3.3.1.213C NMR分析3.3.1.3 X—射线衍射分析3.3.2 P（AAm-co-AAAB）共聚凝胶热性能分析3.3.3 P（AAm-co-AAAB）共聚凝胶的溶胀性能研究3.3.3.1 共聚配比对共聚凝胶溶胀性能的影响3.3.3.2 单体浓度对共聚凝胶溶胀性能的影响3.3.3.3 交联剂浓度对共聚凝胶溶胀性能的影响3.3.3.4 共聚凝胶溶胀机理分析3.3.4 共聚凝胶的紫外光响应性研究3.3.4.1 共聚凝胶光响应形变研究3.3.4.2 共聚凝胶光响应形变的可逆性研究3.3.4.3 共聚凝胶与共混凝胶光响应形变的对比3.3.5 共聚凝胶力学性能研究3.3.63.3.6.1 共聚配比对凝胶力学性能的影响3.3.6.2 交联剂浓度对凝胶力学性能的影响3.4 本章小结第四章 光-温度双重响应共聚凝胶的合成及性能研究4.1 引言4.2 实验部分4.2.1 药品与仪器4.2.1.1 实验药品4.2.1.2 实验仪器4.2.2 P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝胶的合成4.2.2.1 PNIPAAm凝胶的合成4.2.2.2 P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝胶的合成4.2.3 P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝胶结构表征4.2.3.1 FT-IR分析4.2.3.2 固体核磁分析4.2.3.3 X—射线衍射分析4.2.3.4 凝胶断面形貌分析4.2.4 P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝性能研究4.2.4.1 溶胀性能4.2.4.2 力学性能4.2.4.3 光响应性能4.2.4.4 温敏性能4.3 结果与讨论4.3.1 P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝结构表征4.3.1.1 FT-IR分析13C NMR分析'>4.3.1.213C NMR分析4.3.1.3 XRD分析4.3.2 P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝胶的溶胀性能研究4.3.2.1 共聚配比对共聚凝胶溶胀性能的影响4.3.2.2 单体浓度对共聚凝胶溶胀性能的影响4.3.2.3 交联剂浓度对共聚凝胶溶胀性能的影响4.3.2.4 共聚凝胶溶胀机理分析4.3.3 P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝胶温敏性研究4.3.3.1 共聚配比对共聚凝胶温敏性影响4.3.3.2 单体浓度对共聚凝胶温敏性影响4.3.3.3 交联剂浓度对共聚凝胶温敏性影响4.3.3.4 共聚凝胶退溶胀性能研究4.3.3.5 共聚凝胶溶胀可逆性研究4.3.4 P（NIPAAm-co-AAAB）共聚凝胶光响应性研究4.3.4.1 共聚配比对凝胶光响应性影响4.3.4.2 单体浓度对共聚凝胶光响应性影响4.3.4.3 交联剂浓度对共聚凝胶光响应性影响4.3.4.4 共聚凝胶光响应形变的可逆性研究4.3.4.5 光强度对共聚凝胶光响应性影响4.3.5 共聚凝胶力学性能研究4.4 本章小结第五章 光-pH双重响应共聚凝胶的合成及性能研究5.1 引言5.2 实验5.2.1 药品与仪器5.2.1.1 实验药品5.2.1.2 实验仪器5.2.2 P（AAm-co-AAAB）共聚高分子及其凝胶的合成5.2.2.1 P（AA-co-AAAB）共聚高分子的合成5.2.2.2 P（AA-co-AAAB）共聚凝胶的合成5.2.3 P（AA-co-AAAB）共聚高分子及凝胶结构表征5.2.3.1 FT-IR分析5.2.3.2 核磁分析5.2.3.3 X-衍射分析5.2.4 P（AA-co-AAAB）共聚凝性能研究5.2.4.1 溶胀性能5.2.4.2 光响应性能5.2.4.3 pH敏感性能5.3 结果与讨论5.3.1 P（AA-co-AAAB）共聚高分子的结构表征5.3.1.1 FT-IR分析1HNMR分析'>5.3.1.21HNMR分析5.2.1.3 X-衍射分析5.3.2 P（AA-co-AAAB）共聚高分子的性能研究5.3.2.1 紫外光响应性5.3.2.2 pH响应性5.3.2.3 pH对光响应性的影响5.3.3 P（AA-co-AAAB）共聚凝胶的性能研究5.3.3.1 共聚配比对溶胀性能的影响5.3.3.2 pH对溶胀性能的影响5.3.3.3 共聚凝胶的紫外光响应性能5.4 本章小结第六章 全文结论参考文献攻读博士学位期间发表论文及从事科研情况致谢
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