标   签：学科前沿

关键词：离子液体 有机聚合物 环氧树脂

在热固性聚合物领域，由离子液体单体(ILM)制备而成的新型聚合物备受青睐。其具有一系列独特的物化性质，例如热稳定性、机械性能、气体或水的阻隔性能、抗菌性以及自我修复特性等。目前，相关研究集中在基于咪唑盐的ILM的设计上，三唑鎓或咪唑鎓中含可聚合基团（如烯烃，炔烃和胺）的主链应用最为广泛。但是，由于霍夫曼消除反应，基于铵盐和三唑鎓的离子键不适合在高温下进行聚合（烷基铵盐的消除反应导致C-C双键的形成）。

图1. 新型环氧树脂塑料的制备示意图

（图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

基于此，来自法国里昂大学的Sébastien Livi等研究者合成了一种新的环氧官能化双咪唑鎓离子液体单体，以通过其与异佛尔酮二胺(IPD)的共聚反应制备聚合物网络。研究人员结合了分子动力学模拟和实验结果，对所制备的聚合物材料进行了一系列研究。

图2. 左：ILM 4材料合成流程示意图

右：环氧官能化ILM与IPD反应可能路径

（图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

图2给出了ILM 4材料的合成流程图，并通过¹H、¹⁹F和³¹C NMR分析对其结构进行了确定，详见原文支持信息。随后对ILM 4与IPD的共聚反应进行了研究，图3的DSC数据显示，在交联反应的后期，当剩余胺（伯胺和仲胺）的浓度已经很低时，粘度和交联介质会阻止未反应的组分自由扩散，则199 ℃处更易发生副反应。第一个反应受到引入的IPD量的限制，而第二个反应受到第一步形成的氨基醇的限制，这证实了副反应的存在，最终导致叔胺和醚共存。

图3. ILM 4/IPD反应混合物的DSC曲线

（图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

对所制备的4/IPD材料进行TEM分析，从图4结果来看，没有观察到清晰且明显的相分离，证实咪唑ILM 4之间的良好混溶性。此外，深色区域在整个环氧树脂网络中均匀分布，研究人员将此现象归因于存在与残留未反应单体相对应的离子簇。

图4. 4/IPD网络的TEM图像

（图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

图5. 4/IPD的热性质分析

（图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

随后对4/IPD网络结构的热稳定性研究发现，在300 ℃以内，整个材料显示出离子特性，这说明4/IPD网络的出色热稳定性。更为关键的是，研究人员发现4/IPD聚合物网络材料具有形状记忆特性。将样品置于130 ℃条件，达到橡胶态30分钟后将热样品弯曲并冷却至固定形状的25 °C。在室温下，样品保持其修改后的形状，随后将样品固定在烤箱（130 °C）中，样品仅需要6分钟就能在130 °C下恢复其初始形状，结果如图6所示。

图6. 4/IPD材料的形状记忆性能测试

（图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

该文中，研究人员成功地合成了带有两个环氧基的新的双咪唑鎓盐ILM 4，并以其作为单体实现了与IPD的共聚，制备了一种新型热固性环氧树脂。这种离子网络结合了良好的热机械性能、表面的高度疏水性、以及高的热稳定性，为探索新型阻燃、形状记忆材料开辟了新思路。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.0c03832

原文作者：

Alexei V. Radchenko, Houssem Chabane, Baris Demir, Debra J. Searles, Jannick Duchet-Rumeau, Jean-Francois Gerard, Jerome Baudoux and Sebastien Livi

DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c03832