Page 50 - 《精细化工》2023年第2期

第 40 卷第 2 期 精 细 化 工 Vol.40, No.2
20 23 年 2 月 FINE CHEMICALS Feb. 2023

功能材料
基于动态硼酸酯键/氢键的自修复

导电水凝胶的制备及性能

*
姚 雪，张素风 ，钱立伟
（陕西科技大学 轻工科学与工程学院，陕西 西安 710021）

摘要：通过 4-(溴甲基)苯基硼酸（PBA）和 1-乙烯基咪唑（IL）的烷基化反应制备了苯硼酸离子液体（PBA-IL）
单体。在 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（TEMPO）氧化纳米纤维素（CNF）的存在下，通过丙烯酰胺（AM）
和 PBA-IL 的一步聚合反应，制备了一种具有半互穿网络结构的自修复导电水凝胶（PAM/PBA-IL/CNF）。通过
1 HNMR 对 PBA-IL 的化学结构进行表征；通过 FTIR、XPS、SEM 对水凝胶的化学结构和物理形貌进行表征，
并测试了水凝胶的拉伸性能、自修复性能和导电性能。结果表明，PBA-IL 单体和水凝胶成功制备，且水凝胶具
有典型的多孔结构。PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶〔3 代表 PBA-IL 含量为 30%，以 AM、PBA-IL、CNF 悬浮液、
N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）溶液、过硫酸铵（APS）的总绝干质量为基准〕的断裂应力为 335.1 kPa、断裂
2
伸长率为 1969.5%、断裂能为 12.1 kJ/m 、自修复效率为 95.43%（150 min）、电导率为 6.38 mS/cm。
关键词：导电水凝胶；CNF；离子液体；自修复；硼酸酯键；氢键；功能材料
中图分类号：TQ352.4；TQ326.4 文献标识码：A
文章编号：1003-5214 (2023) 02-0272-08 开放科学 (资源服务) 标识码 (OSID)：

Preparation and properties of self-healing conductive hydrogels
based on dynamic borate bonds/hydrogen bonds

*
YAO Xue, ZHANG Sufeng , QIAN Liwei
（College of Bioresources Chemical and Materials Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an
710021, Shaanxi, China）

Abstract: A self-healing conductive hydrogel (PAM/PBA-IL/CNF) with semi-interpenetrating network was
prepared via one-step polymerization of acrylamide (AM) and phenylboronic acid ionic liquid (PBA-IL)
monomer, which was prepared by alkylation of 4-(bromomethyl)phenylboronic acid (PBA) and
1
1-vinylimidazole (IL) and characterized by HNMR, in the presence of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-
1-oxygen radical (TEMPO)-oxidized cellulose nanofibrils (CNF). The chemical structure and physical
morphology of the hydrogel obtained were then characterized by FTIR, XPS and SEM, followed by
investigations on its tensile property, self-healing property and electrical conductivity. The results indicated
both PBA-IL monomer and hydrogel were successfully synthesized with the hydrogel exhibiting a typical
porous structure. PAM/PBA-IL3/CNF hydrogel (3 means that the PBA-IL content 30%, based on the total
dry mass of AM, PBA-IL, CNF suspension, MBA solution, and APS) displayed a tensile strength of 335.1
2
kPa, an elongation at break of 1969.5%, a breaking energy of 12.1 kJ/m , a self-healing efficiency of
95.43% (150 min), and an ionic conductivity of 6.38 mS/cm.
Key words: conductive hydrogel; CNF; ionic liquids; self-healing; boronate bonds; hydrogen bonds;
functional materials

收稿日期：2022-07-08; 定用日期：2022-09-05; DOI: 10.13550/j.jxhg. 20220632
基金项目：中国-中东欧国家高校联合教育项目（2021099）；生物质化学与材料国际联合研究中心（2018GHJD-19）；陕西省重点产业
创新链项目（2020ZDLGY11-03）；陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍建设项目（2022KXJ-135）
作者简介：姚 雪（1998—），女，博士生。联系人：张素风（1972—），女，教授，E-mail：zhangsufeng@sust.edu.cn。