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齊魯工大吉興香、曲阜師大陳威/李楠 ACS APM：基于可聚合低共熔溶劑的纖維素基離子凝膠

2023-12-14 來源：高分子科技

纖維素作為自然界中含量最為豐富的生物質資源之一，具有來源廣泛、生物相容性好以及可再生可降解的特點。在凝膠領域，以纖維素為基礎的功能性凝膠材料越來越受到重視，但纖維素的溶解一直是一大難點且目前大多數纖維素基凝膠的機械性能普遍較差，這為凝膠的制備及應用造成了一定的困難。研發同時具有優異機械性能、導電性能、抗凍性能、自修復性能和黏附性能的纖維素基離子凝膠仍然是一個挑戰。

針對上述問題，曲阜師范大學陳威副教授、李楠副教授和研究生邱迎軒聯合齊魯工業大學（山東省科學院）生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室吉興香教授設計了BmimCl/AM可聚合低共熔溶劑(PDES)，并將纖維素引入PDES體系中，構建了高性能多功能的纖維素基離子凝膠——poly(PDES)/cellulose離子凝膠。通過BmimCl與AM之間的強氫鍵相互作用，降低了BmimCl的熔點，提高了離子凝膠的抗凍性，進而豐富了離子凝膠在極端環境中的應用。此外丙烯酰胺的加入降低了BmimCl的粘度，促進了離子的解離，從而提高了離子電導率。通過分步溶解法將纖維素引入BmimCl/AM PDES體系中，再經過光化學誘導自由基聚合得到了高性能多功能的poly(PDES)/cellulose離子凝膠。

該方法制備的poly(PDES)/cellulose離子凝膠憑借聚合物與纖維素之間豐富的非共價相互作用實現了離子凝膠的高性能和多功能，使其具有良好的機械性能(拉伸強度為1.02MPa，伸長率為888%)、高離子電導率(電導率達2.44S/m)、優良的抗凍性能(在?20℃下仍保持穩定的柔韌性和離子導電性)、良好的自修復性能(室溫下24h自修復效率超過83%)、高應變敏感性(GF值為1.93~3.16)、持久和可重復的黏附性。所制備的纖維素基離子凝膠能夠應用于可穿戴設備領域。

圖1 poly(PDES)/cellulose離子凝膠的制備過程

圖2 poly(PDES)/cellulose離子凝膠的力學性能

圖3 poly(PDES)/cellulose離子凝膠的黏附性能

圖4 poly(PDES)/cellulose離子凝膠的導電性能

圖5 poly(PDES)/cellulose離子凝膠的自修復性能

圖6 poly(PDES)/cellulose離子凝膠的抗凍性能

本研究以“Mechanically Robust and Multifunctional Ionogels Based on Cellulose and Polymerizable 1-Butyl-3-Methylimidazolium Chloride/Acrylamide Deep Eutectic Solvent”為題發表在ACS Applied Polymer Materials上。該工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、齊魯工業大學（山東省科學院）生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室開放基金的支持。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.3c01861

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（責任編輯：xu）

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