基于静电纺丝的液晶弹性体薄膜以及液晶弹性体气凝胶的制备和性能研究

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近年来,膜分离技术因其绿色高效的优点在解决水污染、空气污染等环境问题方面占据着越来越重要的地位。然而,在实际生产和应用中,传统方法制备的分离膜大都为无响应性能的膜,存在着功能单一、孔径单一、孔洞分布不均和被分离物质相对分子量大小范围狭窄等问题,因此,制备智能响应型的多孔分离膜依旧是目前具有挑战性的课题之一。液晶弹性体,作为一类适度交联的液晶高分子材料,同时具有液晶的各向异性和弹性体的橡胶弹性,是制备智能响应型材料的首选。本文设计并合成了两种液晶弹性体体系,分别为侧链型液晶弹性体PMMS-MBB-11UB和主链型液晶弹性体MLCP,利用静电纺丝法,发现只有MLCP体系能成功制备出液晶弹性体多孔膜,并对该液晶弹性体多孔膜进行了DSC、POM、SEM和水接触角等性能表征。此外,本文还对该液晶弹性体多孔膜的智能响应性能进行了初步探索,结果表明:静电纺丝法制备的单根纤维丝具有很好的取向性,但是本文制备的多孔膜却不能实现可逆的响应性能,即在加热条件下多孔膜可以发生一定程度的收缩来降低孔洞的大小,而降至室温时却不能够恢复原先孔洞的尺寸。因此,本文又进行了另一类液晶弹性体多孔材料的研究工作。
  气凝胶作为目前最有前途的多孔材料,具有低密度、低导热系数、大的孔隙率、高的比表面积等一系列优异的性能,在催化剂、传感器、吸附剂、航空航天材料等领域有着广泛的应用。然而,传统的无机气凝胶存在固有的脆性和差的机械强度等缺点,严重制约了气凝胶的发展,而聚合物气凝胶具有良好的机械性能和环境稳定性等突出优点,成为气凝胶领域研究的热点。液晶弹性体作为一种新兴的智能响应性聚合物,目前尚未有将其制备为气凝胶的报道。本文基于硫烯点击化学,设计并合成了两类液晶弹性体体系,分别为RM257主链型液晶弹性体和PMMS-MBB-11UB侧链型液晶弹性体,并对其进行了气凝胶制备过程的探索和相关液晶性能的表征。结果表明:通过硫-烯点击化学聚合形成有机凝胶、溶剂置换和超临界干燥过程,两种液晶弹性体体系都能成功制备得到气凝胶,其中基于 RM257 主链型液晶弹性体体系制备的气凝胶失去了原有的液晶性能,而 PMMS-MBB-11UB 液晶弹性体气凝胶仍具备典型的向列相液晶特征。此外, PMMS-MBB-11UB 液晶弹性体气凝胶还具有很高的杨氏模量和优异的回弹性能,这为制备具有智能响应性的液晶弹性体气凝胶材料提供了可能,即该材料可以在外界刺激下进行双向的形状记忆形变。
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