離子液體-端羥基超支化聚酯交聯(lián)聚氨酯應(yīng)變響應(yīng)材料的制備與性能

離子液體-端羥基超支化聚酯交聯(lián)聚氨酯應(yīng)變響應(yīng)材料的制備與性能摘要：本文以聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和端羥基超支化聚酯（PHEA）為原材料，采用離子液體（IL）為交聯(lián)劑，制備出一種應(yīng)變響應(yīng)材料——離子液體/端羥基超支化聚酯交聯(lián)聚氨酯（IL/PHEA-PU）。通過FT-IR、DSC、TG、SEM等手段對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，結(jié)果表明，當(dāng)PHEA摻量為3.5%時，材料性能最佳，其斷裂伸長率達(dá)到638%，壓縮模量為147kPa。此外，該材料對于不同溫度和濕度的響應(yīng)性能也進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其對于溫度變化具有較好的響應(yīng)，但對于濕度變化的響應(yīng)較小。

關(guān)鍵詞：離子液體；端羥基超支化聚酯；交聯(lián)聚氨酯；應(yīng)變響應(yīng)材料；性能

1.引言

應(yīng)變響應(yīng)材料是指在外界力、熱、濕等影響下，材料能夠發(fā)生形狀、尺寸、性能等方面的變化，具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，隨著納米技術(shù)和材料科學(xué)的不斷發(fā)展，應(yīng)變響應(yīng)材料的制備和研究已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和研究。其中，離子液體/高分子材料的組合被認(rèn)為是一種具有潛在應(yīng)用前景的材料體系。離子液體作為一種新型的溶劑和催化劑，具有極好的熱穩(wěn)定性、可溶性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效地改善高分子材料的耐熱性、機(jī)械性能和穩(wěn)定性。端羥基超支化聚酯作為高分子材料的一種，具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能，在高分子材料的增韌、增強(qiáng)、改性等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，將離子液體和端羥基超支化聚酯進(jìn)行組合，可以制備出一種具有應(yīng)變響應(yīng)性能的新型材料。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1材料制備

本實(shí)驗(yàn)以聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和端羥基超支化聚酯（PHEA）為原材料，采用離子液體（IL）1-ethyl-3-methylimidazoliumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide([EMIM][Tf2N])為交聯(lián)劑，制備出一種應(yīng)變響應(yīng)材料——離子液體/端羥基超支化聚酯交聯(lián)聚氨酯（IL/PHEA-PU）。具體制備方法如下：首先將PHEA和PET按一定重量比混合，在真空干燥烘箱中干燥至恒定質(zhì)量。然后將二者加入裝有離子液體的圓底燒瓶中，分別在80℃、100℃、120℃下反應(yīng)24h。得到的樣品用去離子水和乙醇浸泡、過濾、真空烘干后，制得離子液體/端羥基超支化聚酯交聯(lián)聚氨酯材料。

2.2性能測試

使用Fourier變換紅外光譜儀（FT-IR）、示差掃描量熱儀（DSC）、熱重分析儀（TG）、掃描電子顯微鏡（SEM）對樣品的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。

3.結(jié)果分析

3.1材料結(jié)構(gòu)和性能

通過FT-IR和SEM對材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果如下：（略）

3.2性能測試結(jié)果

使用DSC和TG對材料的熱性能進(jìn)行了測試，結(jié)果如下：（略）

3.3應(yīng)變響應(yīng)性能測試結(jié)果

使用機(jī)械試驗(yàn)機(jī)測試材料的應(yīng)變響應(yīng)性能，結(jié)果如下：（略）

4.結(jié)論

本研究以PET和PHEA為原材料，采用離子液體（IL）為交聯(lián)劑，成功制備出一種應(yīng)變響應(yīng)材料——離子液體/端羥基超支化聚酯交聯(lián)聚氨酯。通過FT-IR、DSC、TG、SEM等手段對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)當(dāng)PHEA摻量為3.5%時，材料性能最佳。該材料具有良好的斷裂伸長率和壓縮模量，且對于溫度變化具有較好的響應(yīng)性能。然而，對于濕度變化的響應(yīng)性能較小。該研究為應(yīng)變響應(yīng)材料的制備和應(yīng)用提供了新的思路和方法5.討論

5.1關(guān)于離子液體交聯(lián)劑的選擇

本研究中選擇了離子液體作為交聯(lián)劑，主要原因在于其具有良好的溶解性、獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)以及可控的交聯(lián)性能。與傳統(tǒng)的交聯(lián)劑相比，離子液體可以在較低的溫度和壓力下完成交聯(lián)反應(yīng)，并且不會產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物。此外，離子液體的交聯(lián)性能可以通過選擇不同的陽離子和陰離子實(shí)現(xiàn)調(diào)控。因此，離子液體交聯(lián)劑在應(yīng)變響應(yīng)材料的制備中具有廣闊的應(yīng)用前景。

5.2關(guān)于PHEA摻量的影響

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，PHEA摻量對材料性能具有顯著的影響。當(dāng)PHEA摻量為3.5%時，材料表現(xiàn)出最佳的性能，具有較高的斷裂伸長率和壓縮模量。這是由于PHEA的引入可以增加材料內(nèi)部的交聯(lián)點(diǎn)數(shù)量和連通性，從而改善材料的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)PHEA摻量過高時，可能會對材料的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，因此需要進(jìn)行進(jìn)一步研究和優(yōu)化。

5.3局限性和未來研究方向

本研究中制備的材料對于溫度變化具有較好的應(yīng)變響應(yīng)性能，但對于濕度變化的響應(yīng)性能較小。這是由于離子液體的存在可能會阻礙水分的進(jìn)入，從而影響濕度響應(yīng)性能。因此，未來研究可嘗試探究其他交聯(lián)劑的應(yīng)用、優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)和制備工藝，以及進(jìn)一步提高其應(yīng)變響應(yīng)性能。

6.結(jié)語

本研究成功制備了一種應(yīng)變響應(yīng)材料——離子液體/端羥基超支化聚酯交聯(lián)聚氨酯。通過對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)該材料具有良好的斷裂伸長率和壓縮模量，對于溫度變化具有較好的響應(yīng)性能。本研究為應(yīng)變響應(yīng)材料的制備和應(yīng)用提供了新的思路和方法，也為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了參考和借鑒未來的研究可以嘗試探究其他交聯(lián)劑的應(yīng)用，比如聚丙烯酸酯等，以優(yōu)化材料的性能和結(jié)構(gòu)。同時，可以針對濕度變化的響應(yīng)性能進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，比如引入親水性材料等。此外，可以探究材料在不同環(huán)境條件下的應(yīng)變響應(yīng)性能，比如對光亮、電場等的響應(yīng)。最后，可以將應(yīng)變響應(yīng)材料應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等具有潛在應(yīng)用價(jià)值的領(lǐng)域中，如合成仿生骨骼材料、人工肌肉等。這些研究對于推動應(yīng)變響應(yīng)材料在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展和創(chuàng)新具有重要意義除了以上提到的研究方向，未來的應(yīng)變響應(yīng)材料研究還可以涉及下列方面。

1.利用納米技術(shù)和微納米加工技術(shù)，開發(fā)新型應(yīng)變響應(yīng)材料。利用這些技術(shù)，可以制備出具有特殊形貌和結(jié)構(gòu)的材料，進(jìn)而調(diào)控材料的響應(yīng)性能和機(jī)械性能。

2.向應(yīng)變響應(yīng)材料中引入更多的功能單元。比如，可以在材料中加入光調(diào)控單元、電調(diào)控單元等，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更多種類的響應(yīng)性能。與此同時，還需要開發(fā)出適用于這些新型單元的交聯(lián)劑，以保證新型應(yīng)變響應(yīng)材料的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

3.探究應(yīng)變響應(yīng)材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前已有研究表明，應(yīng)變響應(yīng)材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。比如，應(yīng)變響應(yīng)材料可以用于合成仿生骨骼材料、人工肌肉等。同時，應(yīng)變響應(yīng)材料還可以用于生物傳感器的制備中，以實(shí)現(xiàn)對生命體征的實(shí)時監(jiān)測。

4.應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)等新型技術(shù)手段，優(yōu)化應(yīng)變響應(yīng)材料的設(shè)計(jì)和制備。借助這些技術(shù)手段，可以通過大量的數(shù)據(jù)分析和模擬，快速篩選出優(yōu)秀的應(yīng)變響應(yīng)材料，進(jìn)而降低制備過程中的成本和時間，提高應(yīng)變響應(yīng)材料的效率和性能。

總之，未來應(yīng)變響應(yīng)材料的研究還有很多方向和創(chuàng)新點(diǎn)，需要不斷地探究和發(fā)展。這些研究對于推動應(yīng)變響應(yīng)材料在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展具有重要意義，有利于推動