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老樹開新花：基于低共熔溶劑的新型離子導電聚氨酯
2022-10-22  來源：高分子科技

  傳統(tǒng)的聚氨酯因其優(yōu)異的力學性能著稱，應用于人們生活的方方面面，但它卻是一種絕緣體，無法滿足在現(xiàn)代智能應用方面的需求，這大大限制了它的發(fā)展。常見的導電聚氨酯通常是添加固體或液體的導電填料，然而，外加填料會影響聚氨酯的透明度、力學性能和耐環(huán)境性等。更糟糕的是，導電填料與聚氨酯的相容性差，也會導致復合材料的穩(wěn)定性差，如漏液、龜裂、相分離等。上述問題將對導電聚氨酯的進一步應用，如制造智能器件、光學設備等產生一定的負面影響。因此，制備高透明度、高穩(wěn)定性、無固體填料脫落和液體填料泄漏的導電聚氨酯仍然是一個挑戰(zhàn)。


  近期，來自哈爾濱工程大學青島創(chuàng)新發(fā)展基地的海洋傳感材料課題組，提出了一種新穎、簡便的方法，通過引入低共熔溶劑（DES），在保留傳統(tǒng)聚氨酯的優(yōu)良性能的同時，賦予了其較好的離子導電性能，且該離子導電型聚氨酯由于通過共聚方式將離子型化合物引入，保留了傳統(tǒng)聚氨酯優(yōu)良的機械性能、透明性、抗溶劑性，且不會出現(xiàn)漏液、相分離等現(xiàn)象，離子鏈段的引入也賦予其一定的抗凍性能。本文的第一作者是在讀博士生程皓鴿，通訊作者是張馨月博士。合作單位有中國人民大學王亞培教授課題組及中科院理化所薛面起研究員課題組。本工作受國家自然基金及黑龍江省自然基金的資助。

該工作主要的特點是：


  （1）采用DES（HEMS: ChCl）與HEMA封端的聚氨酯預聚體一步共聚法制備導電聚氨酯（圖1）。DES作為一種透明液體導電填料，在體系中起到了雙重作用：一是作為導電添加劑，二是通過共價鍵作為聚合物網絡的一部分來增強力學性能。此外，DES與聚氨酯之間的共價鍵作用將提高所形成的導電聚氨酯的穩(wěn)定性和相容性。這為導電聚氨酯的合成提供了一種新的途徑。


  （2）無液體的導電聚氨酯具有高的透明度（約93.3%）、易于加工任何宏觀或微觀結構（圖2）、力學性能好（70%應變時約14.99 MPa）、抗凍（約-20℃）（圖3）、耐溶劑（十多種常用溶劑）（圖4）、導電性好（約3.78×10-5 S cm-1）（圖5）等一系列優(yōu)點。


  （3）新型導電聚氨酯基器件在壓力傳感方面具有較高的靈敏度和重復性。此外，該材料對外加壓力的響應范圍較寬（約0.17~3.28 MPa）（圖5），是一種很有前途的智能材料，滿足現(xiàn)代智能工業(yè)的需求。 


圖1 導電聚氨酯的合成示意圖和結構表征 


圖2 導電聚氨酯的光學透明度和和可圖案化加工性能 


圖3 導電聚氨酯的力學性能和抗凍性 


圖4 導電聚氨酯的耐溶劑性、耐老化性和穩(wěn)定性 


圖5 導電聚氨酯的離子導電性和壓力傳感性能


  該工作是本課題組關于低共熔溶劑（DES）構筑功能性聚合物研究工作的最新研究進展。在過去兩年中，本課題組進行了基于DES構筑了具有不同溫敏性能的PNIPAM水凝膠的相關研究（Eur. Polym. J. 2022, 173, 111266; Macromol. Chem. Phys. 2021, 222, 2000301）。


  青島創(chuàng)新發(fā)展基地由哈爾濱工程大學與青島市政府聯(lián)合共建，辦學旨在秉承“哈軍工”精神，發(fā)揮學！叭Ｒ缓恕碧厣k學優(yōu)勢，以敢為的自信、必成的勁頭、開放的眼界、合作的氣度，深度對接海洋強國發(fā)展戰(zhàn)略和山東半島藍色海洋經濟發(fā)展藍圖，打造成哈工程特色辦學的出？、綜合改革的試驗田、吸引高層次創(chuàng)新人才的新高地，更好地支撐國家戰(zhàn)略和船海行業(yè)發(fā)展。 


哈爾濱工程大學青島創(chuàng)新發(fā)展基地鳥瞰圖


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c15356

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（責任編輯：xu）
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