最新刊期
      2023 年 第 54 卷 12 期

        专论

      • 胡佳妤,杜聪,张歆宁,郑强,吴子良
        2023, 54(12): 1795-1816. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23147
        摘要：高强度水凝胶的出现极大拓展了凝胶材料的应用领域. 虽然一些合成水凝胶的强度、韧性已接近或超过软骨等生物凝胶，但其模量常小于1 MPa，远低于肌腱等缔结组织；其主要原因在于水分子对聚合物网络有极强的水化、塑化作用，导致凝胶处于高弹或黏弹状态. 近期，我们通过分子设计在网络中形成稠密缔合结构，有效降低了链段的运动能力，制备出玻璃态水凝胶，实现了强度、模量、韧性的同步提升. 玻璃态是凝胶材料的新状态，为高性能水凝胶的发展开辟了新途径，拓展了凝胶材料力学、黏弹行为的调控范围和应用领域. 本专论从玻璃态水凝胶的基本特征、分子机制、设计原理、特殊功能等方面，总结并评述了近期玻璃态水凝胶合成制备及结构-性能关系的研究进展. 最后，对玻璃态水凝胶在医学、工程等领域的应用进行了介绍，并对其面临的挑战和发展方向进行了展望.  
        关键词：水凝胶;玻璃态;缔合结构;力学性能;流变行为   
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        发布时间：2024-03-28

        研究论文

      • 史亚伟,高坤,胡爱军,李克迪,王志媛,杨海霞,杨士勇
        2023, 54(12): 1817-1825. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23156
        摘要：采用甲基丙烯腈(MAN)与甲基丙烯酸(MAA)作为共聚单体，通过自由基本体共聚合反应首先制备MAN-MAA共聚树脂板；然后，经加热发泡得到聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)硬质闭孔结构泡沫. 研究发现，所制备PMI泡沫在室温下具有优良的力学性能、耐热性能及隔热性能；经液氢(LH2： -253 ℃)和液氧(LO2： -183 ℃)极低温环境处理1 h后，PMI泡沫仍表现出优良的化学结构及综合性能稳定性；在-150 ℃下，PMI泡沫的压缩强度和压缩模量高于室温(25 ℃)，拉伸强度和断裂伸长率分别达到室温的70%和48%.  
        关键词：聚甲基丙烯酰亚胺泡沫;液氢;液氧;燃料贮箱   
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        发布时间：2024-03-28
      • 夏纪宇,姜宁,吴凝宇,赵兴旺,刘雨萌,刘西炜,扈艳红,林嘉平
        2023, 54(12): 1826-1835. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23142
        摘要：为了获得兼具良好热性能和加工性能的聚酰亚胺树脂，设计合成了不对称二胺(3-氨基-苯基)-(4'-氨基-苯基)-乙炔(AMPA)，含萘环的封端剂3-(萘-1-乙炔基)苯胺(NAA)以及含硅二酐双(3,4-二羧基苯基)二甲基硅烷二酐. 为研究结构与性能的关系，引入4,4'-双邻苯二甲酸酐(ODPA)和间氨基苯乙炔(APA)为对照二酐和封端剂，制备了一系列分子链中含硅和内炔基团的聚酰亚胺树脂PI-Si-Ⅰ (以APA为封端剂)和PI-Si-Ⅱ (以NAA为封端剂)，以及与之相对照的树脂PI-O-Ⅰ和PI-O-Ⅱ (二酐单体为ODPA). PI-Si树脂在常见溶剂如四氢呋喃中具有很好的溶解度，而PI-Si-Ⅱ树脂更是具有低的熔体黏度和100 ℃宽的加工窗口. 热失重的结果显示固化树脂具有良好的耐热性能，5 wt%热失重温度(Td5)在547 ℃左右，质量残留率在79%左右；热裂解分析结果表明在聚酰亚胺主链中引入的硅和内炔基团在高温环境中形成硅氧硅结构和苯环等刚性结构，从而提高树脂的耐热性.  
        关键词：聚酰亚胺;加工性能;热性能;萘环;硅   
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        发布时间：2024-03-28
      • 张银,王煜,尤伟
        2023, 54(12): 1836-1843. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23157
        摘要：以商品化乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为原料，通过Mitsunobu衍生化反应合成了以香豆素为功能侧基的多功能聚乙烯. 香豆素及其衍生物是一种多功能性的化合物，拥有抗菌、抗癌、光敏性、抗紫外线吸收以及抗氧化等特性，引入聚乙烯骨架可以赋予聚乙烯相似特性. 以红外和核磁表征手段对聚乙烯基香豆素衍生物结构进行了确认. 将其用作聚乙烯的加工助剂，不仅能够赋予聚乙烯基底抗菌和抗氧化的特性，而且还能够起到抗紫外线老化的效果；与此同时，相比于商用抗紫外线吸收剂，其不仅具有更为优越的抗紫外线老化性能，而且还能够有效避免助剂的迁移.  
        关键词：聚烯烃功能化改性;香豆素及其衍生物;高分子助剂   
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        发布时间：2024-03-28
      • 彭勃,杨进,杨程皓
        2023, 54(12): 1844-1856. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23151
        摘要：为了制备具有稳定超疏水性能的水性环氧树脂，以3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)的碱性水解反应为基础，制备不同粒径(微米、亚微米、纳米)的改性二氧化硅，通过层层组装的接枝反应制备出具有多尺度效应的草莓状SiO2多重粒子. 同时，作为对比，制备表面光滑的单包覆层的疏水SiO2. 通过红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(NMR)、高分辨质谱(HRMS)等测试手段表征其结构，解析两类粒子的微观形貌和表面性能的异同. 将自制改性粒子与水性环氧树脂WEP共混，在涂层表面构建粗糙的微纳结构，制备具有超疏水性能的水性环氧树脂涂料. 采用示差扫描量热分析(DSC)和热重分析(TGA)表征涂料的共混性能及耐热性能；采用扫描电镜(SEM)和原子力测试(AFM)量化分析涂层特征及其表面形貌；采用接触角测试(WCA)表征水性涂层的超疏水性能及其表面能的变化规律. 结果显示，相对于单层包覆的光滑粒子，多层次结构的改性SiO2粒子迁移到环氧树脂表面，构建的微纳结构更有利于超疏水性能的形成，涂层具有明显的自清洁效应，而形成的粗糙涂层表面在苛刻环境中保持了结构的稳定性和持久性，体现出优异的耐磨和耐化学腐蚀性能.  
        关键词：粒子设计;水性环氧树脂;超疏水;微纳结构;自组装   
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        发布时间：2024-03-28
      • 杨靖,李彦辉,陈守兵,张新瑞,王廷梅,王齐华,张耀明
        2023, 54(12): 1857-1869. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23159
        摘要：以聚四氢呋喃二醇(PTMEG)、甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)和3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)为原料，通过使用不同含量的有机硅树脂(PDMS)对其改性，制备了4种浇注型聚氨酯脲弹性体(PUU-s). 系统地研究了PDMS的含量对聚氨酯脲弹性体力学性能、耐热性能、耐疲劳性能、可回复性能、耐介质性能以及摩擦学性能的影响. 结果表明，PDMS改性的PUU-s弹性体，不仅具有较高的机械性能，且具有优异的耐磨性和耐介质性以及较高的可回复性，可作为苛刻工况下的密封材料. 其有望作为盾构机主驱动密封用材料，提高了密封部件的长寿命服役，解决了磨损失效等问题.  
        关键词：聚氨酯脲;摩擦学性能;有机硅树脂;密封材料   
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        发布时间：2024-03-28
      • 张梦梦,韩国强,刘思萌,扈登文,许江平,朱锦涛
        2023, 54(12): 1870-1879. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23164
        摘要：研发响应多重外界刺激而改变形貌的嵌段共聚物微球对发展新型智能材料具有重要意义. 本工作提出了一种温度/pH双响应嵌段共聚物微球形貌转变的策略. 在利用乳液挥发法制备聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶) (PS-b-P4VP)微球时，引入温度/pH双响应的聚丙烯酸-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺) (PAA-b-PNIPAM)作为表面活性剂，通过调控实验温度以及水相的pH值，实现了PS-b-P4VP微球在蚕蛹状、草莓状、洋葱状等形貌之间的转变. 这种独特的形貌转变依赖于温度/pH调控的PAA-b-PNIPAM的亲疏水性转变，以及由此导致的表面活性剂在界面分布位置的改变，进而改变了油水界面的界面选择性以及微球的形貌. 通过改变PAA-b-PNIPAM的质量分数、PAA和PNIPAM的嵌段比，系统地研究了温度/pH对PS-b-P4VP微球形貌转变机制的影响. 提供了一种温度/pH双响应的微球形貌转变的策略，有望在药物释放、智能传感等领域发挥重要作用.  
        关键词：嵌段共聚物;受限组装;聚合物微球;刺激响应性;形貌转变   
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        发布时间：2024-03-28
      • 余家海,何谷平,石益文,龚卉彤,薛婧,孙丰强
        2023, 54(12): 1880-1890. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23136
        摘要：提出了一种基于溶液表面的聚苯胺(PANI)薄膜及气敏器件的室温制备方法，以苯胺单体、盐酸和过硫酸铵为原料通过氧化聚合在其水溶液表面直接获得质子化聚苯胺(PANI)薄膜，并利用薄膜的可转移特性构筑气敏器件. 研究发现溶液的pH对PANI致密薄膜的形成至关重要，从而提出了质子化苯胺单体优先在溶液表面聚集和聚合的PANI薄膜形成机制. 该薄膜气敏器件能够对NH3进行有效的室温检测，且性能随薄膜聚合温度和聚合时间的变化呈规律性变化，优选制备条件下(pH=0.6，室温18 ℃，聚合60 min)的薄膜其检测下限为10-6，响应与NH3浓度呈良好的线性关系，并具有良好的重复性、选择性、快速响应和有竞争力的响应值. 该薄膜制备工艺体现了“绿色”制备思想，且薄膜能够大面积制备并具有优异的气敏性能，有望为PANI-基薄膜的制备与室温气体传感器的研究与应用提供一种新的思路.  
        关键词：聚苯胺薄膜;溶液表面聚合;室温制备;室温气敏性能;氨气   
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        发布时间：2024-03-28
      • 侯紫薇,牛秀,岳倩倩,温帅,刘永家,贺爱华,聂华荣
        2023, 54(12): 1891-1898. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23163
        摘要：基于构建的iPB-1与iPP的双层热压复合膜，设计两相界面结构，并通过撕裂实验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)，研究高温退火温度与结晶温度对iPB-1与iPP间界面结构和性能的影响. 结果表明，iPB-1/iPP复合样品经退火处理后，界面黏结强度明显下降，且退火温度越高，界面黏结强度和撕裂面粗糙度均越低. 另外，经高温退火及两步降温结晶(即iPP于130 ℃先结晶、iPB-1于60 ℃后结晶)后，样品的平均界面黏结强度、撕裂面粗糙度、界面层厚度均比经一步降温结晶(iPP和iPB-1于60 ℃同时结晶)后的更高，且出现iPB-1分子链向iPP相区扩散的界面相结构.  
        关键词：等规聚丁烯-1;等规聚丙烯;共混改性;界面相结构   
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        发布时间：2024-03-28
      • 陈琛,党杰,李小雨,许召赞,李恩泽,成怀刚,程芳琴
        2023, 54(12): 1899-1910. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23135
        摘要：为制备氢离子/二价金属离子渗透选择性优异的阳离子交换膜，探究功能基团(季铵基团、羧基)含量对膜性能的影响规律，采用“点击化学”反应，在聚砜(PSF)侧链接枝季铵基团和羧基获得离子化PSF，将其与磺化聚醚醚酮(SPEEK)共混制备阳离子交换膜，分别通过离子化PSF添加量、功能化度和侧链阴阳离子比例调控共混膜中季铵基团含量，探究其对膜性能的影响规律. 膜对氢离子和亚铁离子的渗透选择性随着离子化PSF含量和功能化度的增加均呈现先升高后降低的趋势，当离子化PSF的季铵与羧基比例为1:1时，共混膜的渗透选择性最佳. 季铵基团与磺酸基形成离子对有利于抑制膜溶胀，通过Donnan排斥和尺寸筛分效应提高阳离子交换膜的渗透选择性；但当季铵基团的含量超过一定值，离子簇的形成导致其在膜内分布不均，膜的渗透选择性有所降低. 羧基则通过形成氢键减小膜的氢离子渗透性降低幅度.  
        关键词：阳离子交换膜;渗透选择性;点击化学;离子簇   
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        发布时间：2024-03-28
      • 魏久洋,胡锦东,刘旸,白龙,李志国
        2023, 54(12): 1911-1924. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23132
        摘要：利用高分子基准固态离子热原电池将低品质热能转化为电能是提升能源综合利用的有效途径. 以壳聚糖为基体，通过接枝双氰胺和胍盐离子，制备了兼具高离子电导率和高热功率的双胍盐壳聚糖-FeCl2/3基离子型热电材料(CGH-G)，并使材料的柔性和尺寸稳定性均有所增强. 通过引入2种带正电荷的氨基离子，显著增强了离子热电材料的热扩散效应，使其热功率由2.16 mV/K提升至4.84 mV/K，同时显著降低了热电材料的阻抗. 将所制备的壳聚糖基离子热电材料组装成准固态离子热原电池，在温差为25 K、外加5 Ω负载的环境条件下，其功率密度达1.33 W/m2的同时可实现25.43 J/m2的高能量密度输出. 此外，多个柔性离子热原电池串联后展现出较高的输出稳定性，显示出壳聚糖基离子热电材料在废弃能源利用方面的广阔应用前景.  
        关键词：壳聚糖;准固态离子热电材料;离子热原电池;功率密度;能量密度   
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        发布时间：2024-03-28
      • 张效琳,李贞印,魏聪,施智勇,王亚明,刘春太,申长雨,邵春光
        2023, 54(12): 1925-1934. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23140
        摘要：利用广角X射线、示差扫描量热仪和电子扫描显微镜研究了不同压力下聚丁烯-1/聚丙烯(iPB-1/iPP)共混物的结晶情况. 结果表明，较高的压力能够有效抑制iPB-1和iPP的相分离，细化iPB-1富集区的尺寸，从而抑制iPB-1中form Ⅱ的生长，为form I'的生成争取空间；高压下产生的γ-iPP晶能够诱导form I'成核，促进form I'的生成，且共混物中生成的form I'结构更稳定，能够在较高的压力范围内(200~500 MPa)稳定存在. 较小尺寸的iPB-1富集区、form I'相iPB-1以及γ-iPP的形成，能够提高iPB-1/iPP共混制品的断裂强度和断裂伸长率，改善其力学性能.  
        关键词：聚丁烯-1/聚丙烯共混物;高压结晶;结构稳定性;力学性能   
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      • 王文清,王立权
        2023, 54(12): 1935-1942. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23154
        摘要：两端系留纳米粒子聚合物是研究末端对聚合物链弛豫行为影响的优选分子模型. 本文构建了两端系留纳米粒子聚合物模型，运用粗粒化分子动力学方法研究了两端系留纳米粒子聚合物的特征温度和弛豫行为，探讨了纳米粒子半径和聚合物链长对玻璃化转变温度、结晶温度和介电性能的影响. 研究表明，聚合物两端纳米粒子的存在可延缓聚合物链的弛豫并促进结晶，使两端系留纳米粒子聚合物的玻璃化转变温度和结晶温度均增加. 研究结果与相关的实验报道吻合，可加深对两端系留纳米粒子聚合物结构和性能的理解.  
        关键词：弛豫;玻璃化转变;分子动力学;聚合物接枝纳米粒子   
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