CN108929450B - 基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用 - Google Patents

基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108929450B
CN108929450B CN201710395419.5A CN201710395419A CN108929450B CN 108929450 B CN108929450 B CN 108929450B CN 201710395419 A CN201710395419 A CN 201710395419A CN 108929450 B CN108929450 B CN 108929450B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polyacrylic acid
pyrimidone
self
film
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710395419.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108929450A (zh
Inventor
冯奕钰
司倩宇
封伟
杨伟翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710395419.5A priority Critical patent/CN108929450B/zh
Publication of CN108929450A publication Critical patent/CN108929450A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108929450B publication Critical patent/CN108929450B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/30—Introducing nitrogen atoms or nitrogen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/22—Compounds containing nitrogen bound to another nitrogen atom
    • C08K5/23—Azo-compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00—Applications
    • C08L2203/16—Applications used for films

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用,以带有异氰酸酯基的2‑脲基‑4[1氢]‑嘧啶酮与聚丙烯酸反应，得到带有2‑脲基‑4[1氢]‑嘧啶酮的聚丙烯酸。再将其与四羧基偶氮苯混合后抽滤，以抽滤后的滤液成膜，该膜上的划痕在紫外光照射下逐渐消失。

Description

基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用
技术领域
本发明属于材料自修复领域，尤其基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用。
背景技术
光引发变形的聚合物材料制备的器件可以用在智能传感器，发动机，制动器，高频振荡器，人造纤毛等方面。其中当偶氮苯作为生色团存在于液晶弹性体中，紫外光照射后，偶氮苯可以发生顺反异构变化，转换少量的光能成宏观的机械运动，从而实现聚合物的弯曲-变直，收缩-扩展变化。通常使用共价键交联制备液晶聚合物，但是制备方法复杂，不能得到很好的化学结构。
使用非共价键作为交联点制备网状聚合物具有简单和易得的特点。非共价键有很多种，其中氢键化学结构简单，具有动态可逆性，而且键能(2-20Kcal/mol)比共价键(35-135Kcal/mol)低，从而可以用来制备功能性材料，例如自修复材料。而且氢键具有方向性和吸引力，可以获得很好的机械强度。其中2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮可以形成可逆四重氢键，而且表现出很好的温度机械依赖性。使用多重氢键系统的优点，快速自修复固体材料有单一的组成，而且自修复的引发不需要额外的刺激，例如修复剂、增塑剂、溶剂，从而保证材料的表现不受到自修复过程的影响。进而可以通过控制光的开关实现局部自修复。当有紫外光照射时，2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮被活化，吸收光变换成热，使氢键排列变得无序，从而降低了超分子聚合物材料的分子量和粘度，使引入的损伤得到修复。于此同时，偶氮苯吸收紫外光，发生反式到顺式的变化，分子长度变短，带动聚合物薄膜发生弯曲，从而实现将少量的光转变成宏观的机械运动。最终实现薄膜在弯曲过程中的修复。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，使用四重氢键进行自修复，修复时间短、效率高、可重复，从而实现在薄膜在响应过程中的自修复，提高材料的使用寿命；实现超分子聚合物薄膜在动态光响应过程中实现自修复，提供了一种制备方法简单，修复效率高的方法实现上述目的。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
基于多重氢键的光驱动自修复超分子薄膜，由聚丙烯酸和四羧基偶氮苯组成，聚丙烯酸为基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸，其中聚丙烯酸的主链为碳碳相连的主链，部分侧链为羧基，部分侧链为通过羰基与主链相连的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮。
聚丙烯酸和四羧基偶氮苯的物质的量之比(摩尔比)为(15-55)：1，优选(20—40)：1。
聚丙烯酸的数均分子量为400000—800000，优选500000—600000。
上述薄膜的制备方法，按照下述步骤进行：
以四羧基偶氮苯和基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸分别均匀分散在有机溶剂中，将基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的有机溶液滴加到四羧基偶氮苯的有机溶液中，持续搅拌分散，抽滤后得到滤液，将滤液均匀铺展在基底上干燥后得到薄膜。
基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸和四羧基偶氮苯的物质的量之比(摩尔比)为(15-55)：1，优选(20—40)：1。
分散基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的有机溶剂，与分散四羧基偶氮苯的有机溶剂一致，例如均为N,N’—二甲基甲酰胺，N,N’—二甲基乙酰胺，或者N—甲基吡咯烷酮。
选择将滤液悬蒸浓缩后滴加到石英片上，充分铺平；放入到常温20—25摄氏度真空烘箱中20—24h；然后放入到50—60摄氏度真空烘箱中烘干20—24h，最终得到薄膜。
将基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的有机溶液滴加到四羧基偶氮苯的有机溶液中，滴加速度为每分钟1—3ml并持续搅拌分散10—12小时。
使用的四羧基偶氮苯，按照下述步骤进行制备：对氨基间苯二甲酸溶解在氢氧化钠水溶液中，加入亚硝酸钠；将上述溶液缓慢滴加到盐酸溶液中，0℃搅拌，得到重氮盐；将间苯二甲酸溶解到氢氧化钠水溶液中；保持0℃，把重氮盐缓慢加入到间苯二甲酸溶液中，保持PH为碱性；搅拌8—10小时，盐酸调节PH为3，产生大量沉淀；抽滤，再加入大量的水，抽滤，烘干；产物溶解在乙醇和水的混合溶液中，加热，保证过饱和，快速抽滤，冰冻沉淀，抽滤；产物放入到真空烘箱中烘干，得到四羧基偶氮苯；对氨基间苯二甲酸和亚硝酸钠物质的量之比为1：(1-1.5)。
具体来说，将15mmol对氨基间苯二甲酸溶解在40ml的1mol/L氢氧化钠水溶液中，加入物质的量是对氨基间苯二甲酸1-1.5倍的亚硝酸铵；将上述溶液缓慢滴加到90ml的盐酸溶液(1M)中，0℃搅拌30min，得到重氮盐；将15mmol的间苯二甲酸溶解到30ml的1mol/L的氢氧化钠水溶液中；保持0℃，把得到的重氮盐缓慢加入到间苯二甲酸碱溶液中，保持PH为9；搅拌8—10小时，盐酸溶液(1M)调节PH为3，产生大量沉淀；抽滤，再加入大量水，抽滤，烘干；产物溶解在乙醇和水体积比为1:1的混合溶液中，加热，保证过饱和，快速抽滤，烘干；产物放入到真空烘箱中烘干，得到四羧基偶氮苯；产物分子式如下所示：
Figure BDA0001306375620000031
使用的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸，聚丙烯酸的主链为碳碳相连的主链，部分侧链为羧基，部分侧链为通过羰基与主链相连的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮，聚丙烯酸的数均分子量为400000—800000，优选500000—600000。
使用的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸按照下述步骤进行制备：
步骤1，将2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯放入反应器中，在氮气条件下，进行冷凝回流；反应物中加入石油醚，抽滤；得到的粉末放入真空烘箱中烘干，得到带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮；产物结构化学式如下：
Figure BDA0001306375620000032
在步骤1中，2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯质量比为1：(6—7)。
在步骤1中，冷凝回流温度为100-120℃，时间为14-16h。
步骤2，将聚丙烯酸溶解在N,N’二甲基甲酰胺溶液中，将带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮加入到上述溶液中，在氮气条件下，进行冷凝回流；加入月桂酸二丁基锡，然后混合物在50—80℃下搅拌至少1h；反应物使用二氯甲烷沉淀,离心；放入真空烘箱中烘干，得到带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸，即基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸，化学结构式如下：
Figure BDA0001306375620000041
在步骤2中，带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮和聚丙烯酸的物质量之比为(40-160):1；加入二月桂酸二丁基锡与聚丙烯酸物质的量之比为1：(100—200)。
在步骤2中，在氮气条件下，100—120℃冷凝回流20—40h，优选30—40小时。
在步骤2中，加入月桂酸二丁基锡后，混合物在60—80℃下搅拌1—4h，搅拌速度为每分钟100—150转。
在步骤2中，聚丙烯酸的数均分子量为400000—800000，优选500000—600000。
在步骤2中，将15-20mmol聚丙烯酸溶解在500ml的N,N’二甲基甲酰胺中，聚丙烯酸在N,N’二甲基甲酰胺溶液中浓度为0.03-0.04mol/L。
如上述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备光驱动材料中的应用，如上述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用。
将制备的带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮、基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸、四羧基偶氮苯和薄膜进行红外表征，如附图所示。图1中，可以看出1704cm-1处是羧基中的碳氧双键伸缩振动峰，1400cm-1和920cm-1处是氢氧键的弯曲振动吸收峰，结构中存在羧基，说明成功合成四羧基偶氮苯。图2中，2279cm-1处是异氰酸酯基伸缩振动峰，1700cm-1,1765cm-1,1500cm-1,1257cm-1是酰胺键的伸缩振动峰，反应是氨基和异氰酸酯基的反应，从图中可以看出3678cm-1处的氨基峰确实消失，说明带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮成功制备。图3中，可以看出反应后羧基中的羟基伸缩振动峰减弱，同时1708cm-1处的碳氧双键的伸缩振动峰依然存在，同时碳氧单键伸缩振动峰减弱，1533cm-1和1257cm-1处的酰胺键的伸缩振动峰依然存在，反应确实发生并制备基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸。图4中，可以看出成膜后在2927cm-1处有羧基的伸缩振动峰，1707cm-1处是羧基碳氧双键的伸缩振动峰，1156cm-1、1298cm-1和1631cm-1是酰胺键的伸缩振动峰，成膜后产物中存在带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸和四羧基偶氮苯两种物质，而且没有形成新的基团。
对3cm×1cm×30μm的薄膜使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光进行照射，发现薄膜背向光源卷曲，当照射6S后，卷曲的角度最大，平均可达120度。使用刀片在薄膜上切一个长为1cm厚为12μm的划痕，使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光进行照射，可以观察到划痕逐渐消失，薄膜完全修复最短时间平均可达20min，恰证明本发明的薄膜具有光响应和自修复性能。
如附图7和8所示，UPy表示的是2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮；n用来表示单元节个数，即聚合度；
Figure BDA0001306375620000051
表示四重氢键；……表示氢键。在制备薄膜中存在带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸和四羧基偶氮苯，聚丙烯酸侧链的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮之间可以形成四重氢键，四羧基偶氮苯上的羧基间可以形成氢键，同时聚丙烯酸上的羧基可以和偶氮苯上的羧基形成氢键。当薄膜受到损伤后，氢键断裂；当有紫外光照射后，偶氮苯从反式转变为顺式，分子间距离变短，带动聚丙烯酸分子链之间的距离变短，从而薄膜产生弯曲变化；同时，2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮吸收紫外光转变为热，引起四重氢键的重排，从而使薄膜实现自修复的功能。最终实现薄膜在紫外光照下边弯曲边修复的效果。
与现有技术相比，本发明使用基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸，并引入四羧基偶氮苯，实现薄膜光驱动，同时引入了自修复的特性，利用2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮之间形成四重氢键和四羧基偶氮苯之间形成氢键形成超分子自组装，从而实现光驱动下的自修复。本发明制备方法简单易行，修复效率高。
附图说明
图1为本发明中制备的四羧基偶氮苯的红外谱图。
图2为本发明中制备的带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的红外谱图。
图3为本发明中制备的带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸的红外谱图，其中(1)为带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮，(2)为聚丙烯酸，(3)为带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸。
图4为利用本发明中带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸和四羧基偶氮苯混合成膜后薄膜的红外谱图。
图5为利用本发明中带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸和四羧基偶氮苯混合成膜后薄膜的光驱动照片。
图6为利用本发明中带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸和四羧基偶氮苯混合成膜后薄膜的修复过程的光学显微镜照片。
图7为本发明薄膜光响应和自修复的机理示意图(1)。
图8为本发明薄膜光响应和自修复的机理示意图(2)。
具体实施方式
为了使本发明的优点、技术方法及目的更加明白，下面结合实例对本发明进行进一步的说明。下面给出本发明的实施例,是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。化学药品购自天津科威公司，测试仪器使用天津大学分析测试平台。
实例1
(1)将2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯按照1：6物质量之比放入到三口烧瓶中，在氮气条件下，100度冷凝回流16h；反应物中加入石油醚，抽滤；得到的粉末放入真空烘箱中烘干，最后得到带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮。
(2)将15mmol数均分子量为450000g/mol的聚丙烯酸溶解在500ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中,将600mmol的带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮加入到上述溶液中，在氮气条件下，100℃冷凝回流40h；加入0.1mmol的二月桂酸二丁基锡，然后混合物再在60度下搅拌1h；反应物使用二氯甲烷沉淀,离心；放入真空烘箱中烘干，得到带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸。
(3)将15mmol对氨基间苯二甲酸溶解在40ml的1mol/L氢氧化钠水溶液中，加入15mmol的亚硝酸铵；将上述溶液缓慢滴加到90ml的盐酸溶液中，0℃搅拌30min，得到重氮盐；将15mmol的间苯二甲酸溶解到30ml的1mol/L的氢氧化钠水溶液中；保持0℃，把得到的重氮盐缓慢加入到间苯二甲酸碱溶液中，保持PH为9；搅拌一夜后，调节PH为3，产生大量沉淀；抽滤，再加入大量水，抽滤，烘干；产物溶解在乙醇和水体积比为1:1的混合溶液中，加热，保证过饱和，快速抽滤，烘干；产物放入到真空烘箱中烘干，得到四羧基偶氮苯。
(4)将上述步骤6mmol的(2)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中，将0.15mmol的(3)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中；搅拌12h；抽滤，取得到的滤液。
(5)将滤液悬蒸浓缩到3ml滴加到石英片上，充分铺平；放入到常温真空烘箱中24h；然后放入到60度真空烘箱中烘24h，最终得到薄膜。
(6)使用刀片在薄膜上切一个长为1cm厚为12μm的划痕，使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光进行照射，可以观察到划痕逐渐消失，薄膜完全修复最短时间为60min。
实例2
(1)将2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯按照1：6.5物质量之比放入到三口烧瓶中，在氮气条件下，110度冷凝回流15h；反应物中加入石油醚，抽滤；得到的粉末放入真空烘箱中烘干，最后得到带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮。
(2)将17mmol数均分子量为450000g/mol的聚丙烯酸溶解在500ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中,将1.7mol的带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮加入到上述溶液中，在氮气条件下，100℃冷凝回流40h；加入0.17mmol的二月桂酸二丁基锡，然后混合物再在60度下搅拌1h；反应物使用二氯甲烷沉淀,离心；放入真空烘箱中烘干，得到带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸。
(3)将15mmol对氨基间苯二甲酸溶解在40ml的1mol/L氢氧化钠水溶液中，加入225mmol的亚硝酸铵；将上述溶液缓慢滴加到90ml的盐酸溶液中，0℃搅拌30min，得到重氮盐；将15mmol的间苯二甲酸溶解到30ml的1mol/L的氢氧化钠水溶液中；保持0℃，把得到的重氮盐缓慢加入到间苯二甲酸碱溶液中，保持PH为9；搅拌一夜后，调节PH为3，产生大量沉淀；抽滤，再加入大量水，抽滤，烘干；产物溶解在乙醇和水体积比为1:1的混合溶液中，加热，保证过饱和，快速抽滤，烘干；产物放入到真空烘箱中烘干，得到四羧基偶氮苯。
(4)将上述步骤8mmol的(2)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中，将0.4mmol的(3)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中；搅拌12h；抽滤，取得到的滤液。
(5)将滤液悬蒸浓缩到3ml滴加到石英片上，充分铺平；放入到常温真空烘箱中24h；然后放入到60度真空烘箱中烘24h，最终得到薄膜。
(6)使用刀片在薄膜上切一个长为1cm厚为12μm的划痕，使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光进行照射，可以观察到划痕逐渐消失，薄膜完全修复最短时间为45min。
实例3
(1)将2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯按照1：6物质量之比放入到三口烧瓶中，在氮气条件下，120度冷凝回流14h；反应物中加入石油醚，抽滤；得到的粉末放入真空烘箱中烘干，最后得到带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮。
(2)将20mmol数均分子量为450000g/mol的聚丙烯酸溶解在500ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中,将3.2mol的带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮加入到上述溶液中，在氮气条件下，100℃冷凝回流40h；加入0.1mmol的二月桂酸二丁基锡，然后混合物再在60度下搅拌1h；反应物使用二氯甲烷沉淀,离心；放入真空烘箱中烘干，得到带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸。
(3)将15mmol对氨基间苯二甲酸溶解在40ml的1mol/L氢氧化钠水溶液中，加入18.75mmol的亚硝酸铵；将上述溶液缓慢滴加到90ml的盐酸溶液中，0℃搅拌30min，得到重氮盐；将15mmol的间苯二甲酸溶解到30ml的1mol/L的氢氧化钠水溶液中；保持0℃，把得到的重氮盐缓慢加入到间苯二甲酸碱溶液中，保持PH为9；搅拌一夜后，调节PH为3，产生大量沉淀；抽滤，再加入大量水，抽滤，烘干；产物溶解在乙醇和水体积比为1:1的混合溶液中，加热，保证过饱和，快速抽滤，烘干；产物放入到真空烘箱中烘干，得到四羧基偶氮苯。
(4)将上述步骤7mmol的(2)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中，将0.3mmol的(3)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中；搅拌12h；抽滤，取得到的滤液。
(5)将滤液悬蒸浓缩到3ml滴加到石英片上，充分铺平；放入到常温真空烘箱中24h；然后放入到60度真空烘箱中烘24h，最终得到薄膜。
(6)使用刀片在薄膜上切一个长为1cm厚为12μm的划痕，使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光进行照射，可以观察到划痕逐渐消失，薄膜完全修复最短时间为30min。
实例4
(1)将2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯按照1:7物质量之比放入到三口烧瓶中，在氮气条件下，100度冷凝回流15h；反应物中加入石油醚，抽滤；得到的粉末放入真空烘箱中烘干，最后得到带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮。
(2)将17mmol数均分子量为450000g/mol的聚丙烯酸溶解在500ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中,将1.7mol的带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮加入到上述溶液中，在氮气条件下，100℃冷凝回流40h；加入0.11mmol的二月桂酸二丁基锡，然后混合物再在60度下搅拌1h；反应物使用二氯甲烷沉淀,离心；放入真空烘箱中烘干，得到带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸。
(3)将15mmol对氨基间苯二甲酸溶解在40ml的1mol/L氢氧化钠水溶液中，加入15mmol的亚硝酸铵；将上述溶液缓慢滴加到90ml的盐酸溶液中，0℃搅拌30min，得到重氮盐；将15mmol的间苯二甲酸溶解到30ml的1mol/L的氢氧化钠水溶液中；保持0℃，把得到的重氮盐缓慢加入到间苯二甲酸碱溶液中，保持PH为9；搅拌一夜后，调节PH为3，产生大量沉淀；抽滤，再加入大量水，抽滤，烘干；产物溶解在乙醇和水体积比为1:1的混合溶液中，加热，保证过饱和，快速抽滤，烘干；产物放入到真空烘箱中烘干，得到四羧基偶氮苯。
(4)将上述步骤8mmol的(2)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中，将0.4mmol的(3)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中；搅拌12h；抽滤，取得到的滤液。
(5)将滤液悬蒸浓缩到3ml滴加到石英片上，充分铺平；放入到常温真空烘箱中24h；然后放入到60度真空烘箱中烘24h，最终得到薄膜。
(6)使用刀片在薄膜上切一个长为1cm厚为12μm的划痕，使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光进行照射，可以观察到划痕逐渐消失，薄膜完全修复最短时间为50min。
实例5
(1)将2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯按照1：6.5物质量之比放入到三口烧瓶中，在氮气条件下，110度冷凝回流14h；反应物中加入石油醚，抽滤；得到的粉末放入真空烘箱中烘干，最后得到带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮。
(2)将15mmol数均分子量为450000g/mol的聚丙烯酸溶解在500ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中,将物质的量是聚丙烯酸的40倍的带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮加入到上述溶液中，在氮气条件下，100℃冷凝回流40h；加入与聚丙烯酸物质的量之比为100：1的二月桂酸二丁基锡，然后混合物再在60度下搅拌1h；反应物使用二氯甲烷沉淀,离心；放入真空烘箱中烘干，得到带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸。
(3)将15mmol对氨基间苯二甲酸溶解在40ml的1mol/L氢氧化钠水溶液中，加入物质的量是对氨基间苯二甲酸1.25倍的亚硝酸铵；将上述溶液缓慢滴加到90ml的盐酸溶液中，0℃搅拌30min，得到重氮盐；将15mmol的间苯二甲酸溶解到30ml的1mol/L的氢氧化钠水溶液中；保持0℃，把得到的重氮盐缓慢加入到间苯二甲酸碱溶液中，保持PH为9；搅拌一夜后，调节PH为3，产生大量沉淀；抽滤，再加入大量水，抽滤，烘干；产物溶解在乙醇和水体积比为1:1的混合溶液中，加热，保证过饱和，快速抽滤，烘干；产物放入到真空烘箱中烘干，得到四羧基偶氮苯。
(4)将上述步骤6mmol的(2)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中，将0.3mmol的(3)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中；搅拌12h；抽滤，取得到的滤液。
(5)将滤液悬蒸浓缩到3ml滴加到石英片上，充分铺平；放入到常温真空烘箱中24h；然后放入到60度真空烘箱中烘24h，最终得到薄膜。
(6)使用刀片在薄膜上切一个长为1cm厚为12μm的划痕，使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光进行照射，可以观察到划痕逐渐消失，薄膜完全修复最短时间为20min。
实例6
(1)将2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯按照1:7物质量之比放入到三口烧瓶中，在氮气条件下，120度冷凝回流16h；反应物中加入石油醚，抽滤；得到的粉末放入真空烘箱中烘干，最后得到带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮。
(2)将20mmol数均分子量为450000g/mol的聚丙烯酸溶解在500ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中,将物质的量是聚丙烯酸的160倍的带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮加入到上述溶液中，在氮气条件下，100℃冷凝回流40h；加入与聚丙烯酸物质的量之比为200：1的二月桂酸二丁基锡，然后混合物再在60度下搅拌1h；反应物使用二氯甲烷沉淀,离心；放入真空烘箱中烘干，得到带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸。
(3)将15mmol对氨基间苯二甲酸溶解在40ml的1mol/L氢氧化钠水溶液中，加入物质的量是对氨基间苯二甲酸1.5倍的亚硝酸铵；将上述溶液缓慢滴加到90ml的盐酸溶液中，0℃搅拌30min，得到重氮盐；将15mmol的间苯二甲酸溶解到30ml的1mol/L的氢氧化钠水溶液中；保持0℃，把得到的重氮盐缓慢加入到间苯二甲酸碱溶液中，保持PH为9；搅拌一夜后，调节PH为3，产生大量沉淀；抽滤，再加入大量水，抽滤，烘干；产物溶解在乙醇和水体积比为1:1的混合溶液中，加热，保证过饱和，快速抽滤，烘干；产物放入到真空烘箱中烘干，得到四羧基偶氮苯。
(4)将上述步骤7mmol的(2)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中，将0.15mmol的(3)溶解到200ml的N,N’二甲基甲酰胺溶液中；搅拌12h；抽滤，取得到的滤液。
(5)将滤液悬蒸浓缩到3ml滴加到石英片上，充分铺平；放入到常温真空烘箱中24h；然后放入到60度真空烘箱中烘24h，最终得到薄膜。
(6)使用刀片在薄膜上切一个长为1cm厚为12μm的划痕，使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光进行照射，可以观察到划痕逐渐消失，薄膜完全修复最短时间为25min。
依照本发明内容记载的工艺参数进行调整，均可制备出薄膜，且均表现出光驱动和自修复性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的主链为碳碳相连的主链，部分侧链为羧基，部分侧链为通过羰基与主链相连的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮，聚丙烯酸的数均分子量为400000—800000。
2.根据权利要求1所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，聚丙烯酸的数均分子量为500000—600000。
3.根据权利要求1所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，在进行使用时，以四羧基偶氮苯和基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸分别均匀分散在有机溶剂中，将基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的有机溶液滴加到四羧基偶氮苯的有机溶液中，持续搅拌分散，抽滤后得到滤液，将滤液均匀铺展在基底上干燥后得到薄膜；基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸和四羧基偶氮苯的物质的量之比为(15-55)：1。
4.根据权利要求3所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，分散基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的有机溶剂，与分散四羧基偶氮苯的有机溶剂一致。
5.根据权利要求3所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，选择将滤液悬蒸浓缩后滴加到石英片上，充分铺平；放入到常温20—25摄氏度真空烘箱中20—24h；然后放入到50—60摄氏度真空烘箱中烘干20—24h，最终得到薄膜。
6.根据权利要求3所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，将基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸的有机溶液滴加到四羧基偶氮苯的有机溶液中，滴加速度为每分钟1—3ml并持续搅拌分散10—12小时。
7.根据权利要求3所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，使用波长为320-390nm，光强为350mW/cm2紫外光对薄膜进行照射，薄膜完全修复最短时间平均可达20min。
8.根据权利要求3所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸，按照下述步骤进行制备：
步骤1，将2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯放入反应器中，在氮气条件下，进行冷凝回流；反应物中加入石油醚，抽滤；得到的粉末放入真空烘箱中烘干，得到带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮；在步骤1中，2-氨基-4-羰基-6-甲基嘧啶和六亚甲基二异氰酸酯质量比为1：(6—7)；在步骤1中，冷凝回流温度为100-120℃，时间为14-16h；
步骤2，将聚丙烯酸溶解在N,N’二甲基甲酰胺溶液中，将带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮加入到上述溶液中，在氮气条件下，进行冷凝回流；加入月桂酸二丁基锡，然后混合物在50—80℃下搅拌至少1h；反应物使用二氯甲烷沉淀,离心；放入真空烘箱中烘干，得到带有2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的聚丙烯酸，即基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸；在步骤2中，带有异氰酸酯基的2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮和聚丙烯酸的物质量之比为(40-160):1；加入二月桂酸二丁基锡与聚丙烯酸物质的量之比为1：(100—200)；在氮气条件下，100—120℃冷凝回流20—40h。
9.根据权利要求8所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，在步骤2中，在氮气条件下，100—120℃冷凝回流30—40小时。
10.根据权利要求8所述的基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用，其特征在于，在步骤2中，加入月桂酸二丁基锡后，混合物在60—80℃下搅拌1—4h，搅拌速度为每分钟100—150转。
CN201710395419.5A 2017-05-26 2017-05-26 基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用 Active CN108929450B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710395419.5A CN108929450B (zh) 2017-05-26 2017-05-26 基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710395419.5A CN108929450B (zh) 2017-05-26 2017-05-26 基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108929450A CN108929450A (zh) 2018-12-04
CN108929450B true CN108929450B (zh) 2020-06-05

Family

ID=64448327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710395419.5A Active CN108929450B (zh) 2017-05-26 2017-05-26 基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108929450B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110759869B (zh) * 2019-10-18 2021-03-09 万华化学集团股份有限公司 限链二羧酸封端剂、制备方法及其在尼龙弹性体中的应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104231157A (zh) * 2014-09-23 2014-12-24 厦门大学 一种具有自修复功能的环氧树脂及其制备方法
CN104892871A (zh) * 2015-06-16 2015-09-09 厦门大学 一种具有自修复功能的水凝胶及其制备方法
CN105732515A (zh) * 2016-04-29 2016-07-06 新疆工程学院 含超分子四重氢键结构的丙烯酸类功能单体分子合成方法
CN106221100A (zh) * 2016-07-21 2016-12-14 天津大学 一种基于乙烯丁烯共聚物的光驱动自修复薄膜的制备方法
CN106279619A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 华南理工大学 一种基于氢键作用热驱动自修复弹性体的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104231157A (zh) * 2014-09-23 2014-12-24 厦门大学 一种具有自修复功能的环氧树脂及其制备方法
CN104892871A (zh) * 2015-06-16 2015-09-09 厦门大学 一种具有自修复功能的水凝胶及其制备方法
CN105732515A (zh) * 2016-04-29 2016-07-06 新疆工程学院 含超分子四重氢键结构的丙烯酸类功能单体分子合成方法
CN106221100A (zh) * 2016-07-21 2016-12-14 天津大学 一种基于乙烯丁烯共聚物的光驱动自修复薄膜的制备方法
CN106279619A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 华南理工大学 一种基于氢键作用热驱动自修复弹性体的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Tetracarboxylated Azobenzene/Polymer Supramolecular Assemblies as High-Performance Multiresponsive Actuators;Qin Chengqun等;《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》;20170120;第4066-4073页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108929450A (zh) 2018-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Habault et al. Light-triggered self-healing and shape-memory polymers
CN108948716B (zh) 基于多重氢键的光驱动自修复超分子薄膜及其制备方法
CN108659188A (zh) 一种聚脲自修复热塑性弹性体及其制备方法
CN108929450B (zh) 基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备自修复材料中的应用
Nie et al. Supramolecular hydrogen-bonded photodriven actuators based on an azobenzene-containing main-chain liquid crystalline poly (ester-amide)
CN106221100A (zh) 一种基于乙烯丁烯共聚物的光驱动自修复薄膜的制备方法
CN106633555A (zh) 一种利用动态共价键实现自修复功能的聚乙烯醇膜及其制备方法
CN112409998B (zh) 一种含有n,n,n,n-四甲基对苯二胺的光热转化共晶材料及其制备方法
Huang et al. Synthesis and photosensitivity of azobenzene functionalized hydroxypropylcellulose
CN108929397B (zh) 基于嘧啶酮改性的聚丙烯酸在制备光驱动材料中的应用
Zhang et al. Room temperature synthesis of polythioamides from multicomponent polymerization of sulfur, pyridine-activated alkyne, and amines
Fortunato et al. Stimuli-responsive luminescent solar concentrators based on photoreversible polymeric systems
JP5895297B2 (ja) 蛍光体およびその利用
Wang et al. Reprocessable and healable room temperature photoactuators based on a main-chain azobenzene liquid crystalline poly (ester-urea)
CN112267168B (zh) 一种高强度光致发光水凝胶纤维的制备方法
Li et al. Synthesis and characterization of a new disubstituted polyacetylene containing indolylazo moieties in side chains
CN113462383B (zh) 一种基于纤维素的室温磷光材料及其制备方法和应用
Tang et al. Structural manipulation of aminal-crosslinked polybutadiene for recyclable and healable elastomers
CN110079302A (zh) 一种锰掺杂钙钛矿微结构环/棒的制备方法
You et al. Solid-state fluorescent composite phosphor based on cellulose grafted with carbon dots for temperature sensing
Ghaemy et al. Synthesis and characterization of novel photoactive, thermally stable, and organosoluble polymers based on carbazole and imidazole derivatives in the main-chain
CN104530266B (zh) 包含发光基团的酰亚胺化的聚合物和获取它们的方法
CN113979991A (zh) Uv导电预聚体及其制备方法、透明导电uv固化涂料及其制备方法
Chen et al. Design of robust and photoluminescence‐responsive materials based on poly (methacrylic acid‐co‐m‐phenylenediamine) with graphene oxide composite hydrogels and its adsorption
CN113666969B (zh) 一种自修复铂金属凝胶材料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant