Page 56 - 《精细化工》2023年第2期
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·278·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

                                                               处出现归属于 B—O—C 键的不对称伸缩振动峰                   [18] ，
                                                               其峰强度随着 PBA-IL 含量的增加而增加。
                                                                   图 7f 是水凝胶的 HE 随时间的变化图。可以看出，
                                                               所有水凝胶样品的 HE 随修复时间的增加而逐渐增
                                                               加，这是由于水凝胶内部聚合物链逐渐重排。并且
                                                               PAM/PBA-IL/CNF 水凝胶 的 HE 始 终远高于
                                                               PAM/VBI/CNF 水凝胶，这是因为可逆的硼酸酯键和
                                                               氢键均随着时间的推移而重建，进一步协同提高了
                                                               PAM/PBA-IL/CNF 水凝胶的自修复性能           [22] 。因此，
                                                               PAM/PBA-IL/CNF 水凝胶具有优异的自修复性能。
                                                               2.5   水凝胶导电性
                                                                   为了进一步显示 PAM/PBA-IL/CNF 自修复水凝
                                                               胶的研究意义，将 PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶作为
                                                               导线，连接成一个完整电路，测定水凝胶的导电性，
                                                               结果见图 8。






            a、b—初始和自愈 150 min 后的 PAM/VBI/CNF 和 PAM/PBA-
            IL/CNF 水凝胶的应力-应变曲线；c—水凝胶 HE；d、e—不同
            VBI 含量的 PAM/VBI/CNF 水凝胶 和不同 PBA-IL 含量的
            PAM/PBA-IL/CNF 水凝胶的 FTIR 谱图；f—水凝胶 HE 随时间的
            变化图
                        图 7   水凝胶的自修复性能
                   Fig. 7    Self-healing properties of hydrogels

                 此外，水凝胶的 HE 随着 VBI 含量的增加先增

            加后减少（图 7c）。这些结果表明，相对较高含量                           a—LED 灯泡亮度随连接在电路中的水凝胶伸长而变化；b—水
            的离子液体可以通过氢键相互作用为被破坏的水凝                             凝胶切割和愈合期间 LED 灯泡的亮度变化
            胶中的聚合物链提供更多的结合位点，从而具有更                                   图 8  PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶的导电性
            高的 HE   [21] 。然而，当含有刚性结构的 VBI 含量过                    Fig. 8    Conductivity of PAM/PBA-IL3/CNF hydrogel

            高时，由于水凝胶内分子链的不灵活运动，可能不                                 如图 8a 所示，随着应变从 0 增至 660%，电路
            利于断裂凝胶网络中氢键的重新形成                   [1-18] 。        中小灯泡逐渐变暗。这是由于水凝胶的电阻随着水
                 此外，如图 7c 所示，所有 PAM/PBA-IL/CNF                 凝胶拉伸长度的变长而逐渐增加              [23] 。同时观察到，当
            水凝胶的 HE 均高于 85%，远远超过 PAM/VBI/CNF                   水凝胶拉伸至 660%应变后仍具有良好的导电性，表
            水凝胶。PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶在自修复 150 min                明水凝胶的导电网络即使在大应变下也是稳定的。考
            后的 HE 最高，为 95.43%。这表明动态硼酸酯键和                       虑到水凝胶的导电网络在实际使用过程中可能会遭
            氢键协同提高了 PAM/PBA-IL/CNF 水凝胶的自修复                     受破，进一步研究其导电性能的自恢复能力（如图
            性能。不同 VBI 含量的 PAM/VBI/CNF 水凝胶和不                    8b 所示）。结果显示，当水凝胶完全被切成两半后，
            同 PBA-IL 含量的 PAM/PBA-IL/CNF 水凝胶的 FTIR              小灯泡熄灭，而将破碎的水凝胶放在一起进行自修
            谱图（图 7d、e）进一步证实了这一点。当 VBI 含                        复 150 min 后，灯泡可再次亮起。
            量较高时，CNF 中归属于—OH 的宽峰和 PAM 中                            PBA-IL 添加量对水凝胶电导率的影响如图9 所示。
            C==O 键的伸缩振动峰均向低波数移动。这表明，                           由图 9 可见，随着 PBA-IL 含量从 10%增至 30%，
            CNF 中原有的分子间氢键被破坏，且随着 VBI 含量                        PAM/PBA-IL/CNF 的电 导率 从 2.81 mS/cm 升至
            的增加，水凝胶中形成较多的氢键（图 7d）。从 PAM/                       6.38 mS/cm。当 PBA-IL 含量进一步上升至 40%，电
            PBA-IL/CNF 水凝胶的 FTIR 谱（图 7e）中看出，随                  导率略有增长，为 7.12 mS/cm。这是由于 PBA-IL
            着 PBA-IL 含量的增加，水凝胶中形成较多的氢键                         含量的增加，使得水凝胶网络中的离子运动增强并
            （归属于—OH 的宽峰向低波数移动），并且在 1242 cm               –1    且提供了更多的离子迁移通道               [24] 。此外，自愈后
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