【摘 要】
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光响应性材料是指在特定的波长照射下材料的颜色、物理性质、形状等会随之发生改变的一类材料。近年来,光响应材料由于其高效、简单的特点已成为研究的热点之一。氢键在生物体中非常常见,对于材料来说,在材料中引入氢键,可以增强材料的相容性和稳定性,同时也会增强对外界环境刺激的一个敏感度,例如,热、湿度和p H值等。聚丙烯酸（PAA）是一种带有羧基侧链的聚合物,羧基是一种常见的氢键给体。聚环氧乙烷（PEO）是一
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光响应性材料是指在特定的波长照射下材料的颜色、物理性质、形状等会随之发生改变的一类材料。近年来,光响应材料由于其高效、简单的特点已成为研究的热点之一。氢键在生物体中非常常见,对于材料来说,在材料中引入氢键,可以增强材料的相容性和稳定性,同时也会增强对外界环境刺激的一个敏感度,例如,热、湿度和p H值等。聚丙烯酸（PAA）是一种带有羧基侧链的聚合物,羧基是一种常见的氢键给体。聚环氧乙烷（PEO）是一种结晶性的水溶聚合物,主链上是由C-O-C构成的,可以作为氢键受体与PAA形成复合物。偶氮苯及其衍生物因其苯环上取代基的多样性和反应高度的可逆性经常被应用在光响应材料领域,而氢键一般会对温度、湿度和溶剂等外界环境的刺激快速做出反应,因此可以将偶氮苯及其衍生物引入到氢键复合物中,制备出具有光响应性的氢键复合物,实现材料的多功能化。本课题以此为研究点,具体的研究内容如下:1.分散红1（DR1）和4-氨基偶氮苯（Aazo）接枝PAA的合成通过酯化反应和酰胺化反应,分别将DR1和Aazo引入到PAA的侧链上制备出接枝后的聚合物（PAA-DR1和PAA-Aazo）。通过1H NMR测试来计算偶氮苯基团的接枝率;FT-IR测试展示出由于羧基变成酯基或酰氨基之后引起的C=O的伸缩振动峰向高波数区移动;UV-Vis光谱也展示了由于DR1和Aazo接枝PAA后偶氮苯上的官能团发生了变化,引起了吸收峰的蓝移现象。TGA和DSC测试结果表明,接枝前后的偶氮苯聚合物和PAA相比较发现,它们的稳定性几乎没有变化,玻璃化转变温度也没有明显变化,这表明了较少比例的偶氮苯基团接枝PAA侧链上并不会显著地引起聚合物的热稳定性。2.PAA-DR1/PEO、PAA-Aazo/PEO和PAA/PEO薄膜的制备和性能研究以PAA-DR1和PAA-Aazo为氢键给体,分别与PEO通过层层自组装的方法制备出氢键复合物薄膜PAA-DR1/PEO和PAA-Aazo/PEO,探究偶氮苯结构的不同对材料的影响,从而为后续材料性能的研究奠定基础。FT-IR测试有效地证实了薄膜中氢键的形成。通过UV-Vis研究PAA-DR1和PAA-Aazo偶氮苯基团的顺反异构化情况,结果表明对于PAA-DR1中的偶氮苯基团为推拉型偶氮苯,顺反异构化速度特别快,无法通过紫外光谱捕捉富顺式的偶氮苯结构;而PAA-Aazo由顺式到反式的异构化时间比较长,可以获得富反式或富顺式状态的结构。对PAA-Aazo进行异构化稳定性测试也展示了该偶氮苯聚合物优良光稳定性和抗疲劳性,顺反式转变可以有效循环十次以上。使用石英晶体微天平（QCM）进行实时监测组装的膜厚变化,通过模拟膜厚的软件发现,偶氮苯在聚合物中的状态会影响氢键复合物膜的组装情况,这种现象也可能会对力学性能或其它的方面造成影响。3.PAA-DR1/PEO、PAA-Aazo/PEO和PAA/PEO纤维的制备及其性能研究选择[AA]:[EO]的摩尔比为1:1的体系通过类似湿法纺丝的方法制备了氢键复合物纤维。FT-IR证实了纤维中PAA与PEO中氢键的形成;DSC测试表明在纤维中引入偶氮苯增加了分子链运动的位阻导致Tg相对于PAA/PEO纤维有所增加,同时氢键的形成也完全抑制了PEO的结晶。单根纤维的力学性能测试表明了偶氮苯的引入会导致纤维的应力提高而应变下降;对纤维进行紫光照处理后,再进行拉力测试发现含有偶氮苯的纤维的初始模量和屈服应力会增强,材料有硬化的趋势。将纤维进行拉伸和干燥处理后,对纤维进行光照研究纤维致动行为发现:对于包含偶氮苯基团的纤维会发生扭动、卷曲、波动等情况,这种现象为光驱动提供了一种新的模式。
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