[发明专利]一种麦羟硅钠石/聚丁二炔多重刺激响应复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种麦羟硅钠石/聚丁二炔多重刺激响应复合材料及其制备方法。该制备方法首先通过硅烷偶联剂使二炔单体自组装在有机改性的麦羟硅钠石片层上，紫外照射后得到麦羟硅钠石/聚丁二炔多重刺激响应复合粉末，这是由于硅烷偶联剂通过交联作用将二炔锚定在麦羟硅钠石上，进而得到了新的层状结构材料。然后为了制备应用性更广的薄膜，向麦羟硅钠石/二炔复合溶液加入羧甲基纤维素，紫外照射得到多重刺激响应复合薄膜，该制备方法制备的薄膜在20～80℃具有热致可逆变色性能，在pH≥8时有明显的变色现象，在氨水的刺激下也有明显的变色。

技术领域

本发明属于刺激响应材料技术领域，具体涉及一种麦羟硅钠石/聚丁二炔多重刺激响应复合材料及其制备方法。

背景技术

自然界中，许多生物能随着外部环境的变化迅速地作出反应改变自身的形态，这种自我调节和适应的能力启示了科学家们，智能材料逐渐被深入研究。作为新型功能材料，智能材料可以感知外界环境刺激的变化，例如水、pH、电场、磁场、温度、湿度、化学化合物或生物刺激等，然后通过改变自身物理化学特性做出相应的反应。科学家们有效和灵活地将这种刺激响应特性用于实际应用中。

聚丁二炔(Polydiacetylene，PDA)，又称聚二乙炔，是一类刺激响应型共轭聚合物。不同烷基长度和端基类别的二炔单体(DA)进行自组装以满足特定的几何参数后，可在紫外线或γ光的照射下加成反应生成主链含碳碳双键和碳碳三键的聚丁二炔。作为新型刺激响应型材料，聚丁二炔有望成为各类传感器的核心部件，其优势来源于聚丁二炔的光学性质对外界环境的刺激十分敏感，在外界环境刺激下蓝色的聚丁二炔会转变至红色，且颜色的变化可肉眼观察。另外蓝色的聚丁二炔没有荧光，红色的聚丁二炔是有荧光的，这使得聚丁二炔也可设计成荧光传感材料。同时二炔分子很容易通过氢键自组装成各种特异的结构，并能在聚合过程中引入配体或底物形成复合检测平台，从而增强刺激响应性能。

在市场上能购买的二炔单体制备的聚丁二炔的刺激响应性能并不优异，科学家们对二炔单体进行分子结构的改性，通过引入不同的官能团实现了对不同刺激源的有效响应变色，但结构改性工艺复杂，成本高。另一种方法是引入基质制备复合材料，通过两者之间的相互作用改善材料的刺激响应性能。如Kingchok等将锌铝层状双氢氧化物结合到聚丁二炔组件中，其中Zn2+促进了局部相互作用，从而产生可逆的热致变色。要实现热致可逆变色对锌铝层状双氢氧化物的Zn2+离子浓度具有较高的要求，且制备锌铝层状双氢氧化物原料的工艺繁琐复杂，作者亦没探究复合材料的其他响应性能。(Kingchok S,Nontasorn P,Laohhasurayotin K,et al.Reversible thermochromic polydiacetylene/zinc-aluminium layered double hydroxides nanocomposites for smart paints andcolorimetric sensors:The crucial role of zinc ions[J]Colloidsand Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects 610(2021)125733.)

寻求绿色环保的纳米基底材料十分迫切，开发新的多重刺激响应复合材料十分必要。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足之处，本发明的主要目的是提供一种麦羟硅钠石/聚丁二炔多重刺激响应复合材料及其制备方法，该制备方法首先将有机改性的麦羟硅钠石分散在水溶液中，然后再与二炔单体均匀混合后加入硅烷偶联剂，然后在低温下冷藏，取出麦羟硅钠石/二炔复合溶液，过滤干燥后紫外照射得到多重刺激响应复合粉末，制备得到多重刺激响应复合粉末，这是由于硅烷偶联剂通过交联作用将二炔锚定在麦羟硅钠石上，进而形成了全新的层状结构。另外为了制备应用性更广的薄膜，向麦羟硅钠石/二炔复合溶液加入搅拌均匀的羧甲基纤维素，将所得胶体浇铸在平底玻璃皿上，干燥后用紫外灯照射得到多重刺激响应复合薄膜。

本发明的目的通过以下技术方案实现：