老树开新花：基于低共熔溶剂的新型离子导电聚氨酯

2022-10-22 来源：高分子科技

传统的聚氨酯因其优异的力学性能著称，应用于人们生活的方方面面，但它却是一种绝缘体，无法满足在现代智能应用方面的需求，这大大限制了它的发展。常见的导电聚氨酯通常是添加固体或液体的导电填料，然而，外加填料会影响聚氨酯的透明度、力学性能和耐环境性等。更糟糕的是，导电填料与聚氨酯的相容性差，也会导致复合材料的稳定性差，如漏液、龟裂、相分离等。上述问题将对导电聚氨酯的进一步应用，如制造智能器件、光学设备等产生一定的负面影响。因此，制备高透明度、高稳定性、无固体填料脱落和液体填料泄漏的导电聚氨酯仍然是一个挑战。

近期，来自哈尔滨工程大学青岛创新发展基地的海洋传感材料课题组，提出了一种新颖、简便的方法，通过引入低共熔溶剂（DES），在保留传统聚氨酯的优良性能的同时，赋予了其较好的离子导电性能，且该离子导电型聚氨酯由于通过共聚方式将离子型化合物引入，保留了传统聚氨酯优良的机械性能、透明性、抗溶剂性，且不会出现漏液、相分离等现象，离子链段的引入也赋予其一定的抗冻性能。本文的第一作者是在读博士生程皓鸽，通讯作者是张馨月博士。合作单位有中国人民大学王亚培教授课题组及中科院理化所薛面起研究员课题组。本工作受国家自然基金及黑龙江省自然基金的资助。

该工作主要的特点是：

（1）采用DES（HEMS: ChCl）与HEMA封端的聚氨酯预聚体一步共聚法制备导电聚氨酯（图1）。DES作为一种透明液体导电填料，在体系中起到了双重作用：一是作为导电添加剂，二是通过共价键作为聚合物网络的一部分来增强力学性能。此外，DES与聚氨酯之间的共价键作用将提高所形成的导电聚氨酯的稳定性和相容性。这为导电聚氨酯的合成提供了一种新的途径。

（2）无液体的导电聚氨酯具有高的透明度（约93.3%）、易于加工任何宏观或微观结构（图2）、力学性能好（70%应变时约14.99 MPa）、抗冻（约-20℃）（图3）、耐溶剂（十多种常用溶剂）（图4）、导电性好（约3.78×10^-5 S cm^-1）（图5）等一系列优点。

（3）新型导电聚氨酯基器件在压力传感方面具有较高的灵敏度和重复性。此外，该材料对外加压力的响应范围较宽（约0.17~3.28 MPa）（图5），是一种很有前途的智能材料，满足现代智能工业的需求。

图1 导电聚氨酯的合成示意图和结构表征

图2 导电聚氨酯的光学透明度和和可图案化加工性能

图3 导电聚氨酯的力学性能和抗冻性

图4 导电聚氨酯的耐溶剂性、耐老化性和稳定性

图5 导电聚氨酯的离子导电性和压力传感性能

该工作是本课题组关于低共熔溶剂（DES）构筑功能性聚合物研究工作的最新研究进展。在过去两年中，本课题组进行了基于DES构筑了具有不同温敏性能的PNIPAM水凝胶的相关研究（Eur. Polym. J. 2022, 173, 111266; Macromol. Chem. Phys. 2021, 222, 2000301）。

青岛创新发展基地由哈尔滨工程大学与青岛市政府联合共建，办学旨在秉承“哈军工”精神，发挥学校“三海一核”特色办学优势，以敢为的自信、必成的劲头、开放的眼界、合作的气度，深度对接海洋强国发展战略和山东半岛蓝色海洋经济发展蓝图，打造成哈工程特色办学的出海口、综合改革的试验田、吸引高层次创新人才的新高地，更好地支撑国家战略和船海行业发展。

哈尔滨工程大学青岛创新发展基地鸟瞰图

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c15356

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（责任编辑：xu）

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