基于低共熔溶剂制备功能型聚甲基丙烯酸甲酯及应用研究.pdf

基于低共熔溶剂制备功能型聚甲基丙烯酸甲酯及应用研究

摘要

受皮肤启发的离子传感材料，可以模仿人类的体感系统来感知外部刺激，有望实

现灵活性、透明性和生物兼容性等功能特性，具有较好的发展潜力。树脂材料可塑性

强，发展一类具有离子导电性能的树脂材料可有效解决树脂导电性差不适合做传感材

料的问题。首先实现树脂与离子填料的良好相容，是作为制备离子传感材料的最优选

择。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）具有原料价格低廉、合成工艺简单、透明度高、耐

候性好、化学稳定性高等优点；而低共熔溶剂（DES）具有易制备、分子结构可调控、

环境友好等特点，两者相结合有望得到高性能离子导电树脂。本论文提出一种制备功

能型聚甲基丙烯酸甲酯树脂的方法，通过DES作为离子填料与甲基丙烯酸甲酯（MMA）

共聚，以共价键方式将DES引入到聚甲基丙烯酸甲酯体系中，令离子填料与树脂之间

具有较好的相容性和稳定的结合力。所制备的功能型聚甲基丙烯酸甲酯（CPMMA）具

有高透明性、良好的机械性能和离子导电性能，有望用于柔性离子传感器件的制造中。

本论文的主要研究内容如下：

基于氯化乙酰胆碱-甲基丙烯酸羟乙酯（ACh-HEMA）的二元DES体系，通过DES

中的HEMA同MMA单体进行一步共聚的方法，制备得到具有良好离子导电性能

（31.75μS·cm-1）的CPMMA。通过调节二元DES与MMA的比例，来调节所制备

CPMMA的拉伸性能（10%-132%）、透光率（83%-92%）、导电性能（0.9-113.03μS·cm-

1）等。将二元DES作为树脂合成单体，不仅解决离子填料同树脂相容性差的问题，还

赋予树脂材料更好的拉伸性能和耐溶剂性，提供传感稳定性能与灵敏度，为柔性离子

传感材料的制备提供一种新思路。

基于氯化乙酰胆碱-丙烯酸-聚乙二醇（ACh-AA-PEG）的三元DES，通过DES中的

AA同MMA单体一步共聚，制备得到具有离子导电性能和自修复性能的功能型聚甲基

丙烯酸甲酯（HCPMMA）。三元DES的使用，进一步提高DES和MMA的相容性，

PEG的引入提供更多的氢键作用位点，增加树脂材料的自修复性和柔性。调节三元

DES和MMA的比例，可获得不同自修复性能、光学性能（82%-90%）、拉伸性能

（200%-780%）和导电性能（0.002-0.127μS·cm-1）的HCPMMA。通过对该材料进行

柔性传感测试，发现该材料具有灵敏且稳定的传感响应能力。此外，HCPMMA良好的

自修复性延长其使用寿命，可实现绿色环保柔性离子传感器件的制造。

哈尔滨工程大学专业学位硕士学位论文

关键词：低共熔溶剂；聚甲基丙烯酸甲酯；离子导电；柔性传感

基于低共熔溶剂制备功能型聚甲基丙烯酸甲酯及应用研究

Abstract

Skin-inspiredionsensingmaterialsthatcanmimicthehumansomatosensorysystemto

perceiveexternalstimuliareexpectedtoachievefunctionalcharacteristicssuchasflexibility,

transparencyandbiocompatibility,whichhaveexcellentdevelopmentpotentialinsensing

materials.Resinmaterialshavestrongplasticitybuttheirpoorconductivityrestricttheir

applicationinsensingmaterials,whichcanbeeffectivelysolvedthroughdesigningaseriesof

resinmaterialswithionicconductivity