齐鲁工大吉兴香、曲阜师大陈威/李楠 ACS APM：基于可聚合低共熔溶剂的纤维素基离子凝胶

2023-12-14 来源：高分子科技

纤维素作为自然界中含量最为丰富的生物质资源之一，具有来源广泛、生物相容性好以及可再生可降解的特点。在凝胶领域，以纤维素为基础的功能性凝胶材料越来越受到重视，但纤维素的溶解一直是一大难点且目前大多数纤维素基凝胶的机械性能普遍较差，这为凝胶的制备及应用造成了一定的困难。研发同时具有优异机械性能、导电性能、抗冻性能、自修复性能和黏附性能的纤维素基离子凝胶仍然是一个挑战。

针对上述问题，曲阜师范大学陈威副教授、李楠副教授和研究生邱迎轩联合齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室吉兴香教授设计了BmimCl/AM可聚合低共熔溶剂(PDES)，并将纤维素引入PDES体系中，构建了高性能多功能的纤维素基离子凝胶——poly(PDES)/cellulose离子凝胶。通过BmimCl与AM之间的强氢键相互作用，降低了BmimCl的熔点，提高了离子凝胶的抗冻性，进而丰富了离子凝胶在极端环境中的应用。此外丙烯酰胺的加入降低了BmimCl的粘度，促进了离子的解离，从而提高了离子电导率。通过分步溶解法将纤维素引入BmimCl/AM PDES体系中，再经过光化学诱导自由基聚合得到了高性能多功能的poly(PDES)/cellulose离子凝胶。

该方法制备的poly(PDES)/cellulose离子凝胶凭借聚合物与纤维素之间丰富的非共价相互作用实现了离子凝胶的高性能和多功能，使其具有良好的机械性能(拉伸强度为1.02MPa，伸长率为888%)、高离子电导率(电导率达2.44S/m)、优良的抗冻性能(在?20℃下仍保持稳定的柔韧性和离子导电性)、良好的自修复性能(室温下24h自修复效率超过83%)、高应变敏感性(GF值为1.93~3.16)、持久和可重复的黏附性。所制备的纤维素基离子凝胶能够应用于可穿戴设备领域。

图1 poly(PDES)/cellulose离子凝胶的制备过程

图2 poly(PDES)/cellulose离子凝胶的力学性能

图3 poly(PDES)/cellulose离子凝胶的黏附性能

图4 poly(PDES)/cellulose离子凝胶的导电性能

图5 poly(PDES)/cellulose离子凝胶的自修复性能

图6 poly(PDES)/cellulose离子凝胶的抗冻性能

本研究以“Mechanically Robust and Multifunctional Ionogels Based on Cellulose and Polymerizable 1-Butyl-3-Methylimidazolium Chloride/Acrylamide Deep Eutectic Solvent”为题发表在ACS Applied Polymer Materials上。该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室开放基金的支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.3c01861

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（责任编辑：xu）

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