通过机械化学方法对热固性聚氨酯泡沫进行升级处理，以制备高性能的聚氨酯基离子导电弹性体

《Journal of Colloid and Interface Science》：Mechanochemistry upcycling of thermoset polyurethane foams towards high-performance polyurethane-based ion-conductive elastomers

本研究通过引入离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰基)咪唑盐催化热固性聚氨酯泡沫的热诱导碳酰胺键重排反应，成功将其升级为高透明、柔韧的离子导电弹性体。该材料具有优异的机械性能（拉伸强度10.6 MPa，断裂伸长率297.3%）、离子电导率（3.32×10^-5 mS/cm）和耐溶剂性，可应用于可穿戴应变传感器，为热固性材料回收提供新策略。

　　这项研究聚焦于一种重要的材料——热固性聚氨酯（PU）泡沫的再利用。热固性PU泡沫在现代社会中具有不可或缺的地位，广泛应用于各种领域，如家具、家电、汽车制造和隔热材料等。然而，随着使用量的增加，废弃的热固性PU泡沫也带来了日益严重的环境问题。因此，如何有效回收和再利用这些材料成为当前材料科学和环境工程领域的重要课题。

近年来，固态离子导电弹性体因其在可穿戴传感器和能量收集系统中的潜在应用而受到关注。这类材料通常具有良好的柔韧性和导电性，能够在不依赖外部电源的情况下实现信号的传导和感知。本研究提出了一种高效的机械化学方法，将热固性PU泡沫转化为高价值的离子导电弹性体材料。通过在热压过程中引入离子液体，研究人员成功实现了PU网络结构的热诱导重排，从而形成了透明且柔韧的PU基离子导电弹性体。这种材料不仅在机械性能上表现出色，还具备优异的导电能力，能够满足多种应用场景的需求。

本研究中获得的材料具有多项优异性能。首先，其拉伸强度达到10.6兆帕，断裂伸长率达到297.3%，表明其具有良好的机械性能。其次，该材料的离子导电性为3.32×10??毫西门子每厘米，显示出较强的导电能力。此外，该材料还表现出良好的弹性恢复能力、抗疲劳性、抗撕裂性、抗溶剂性和可再加工性。这些性能的综合表现，使得该材料在实际应用中具有较大的潜力。

研究人员进一步利用该PU基离子导电弹性体制作了电阻式应变传感器。该传感器在应变范围为1%-200%的情况下表现出高灵敏度，其灵敏度系数达到1.43。这一结果表明，该材料能够有效监测人体的关节运动，如手指、肘部和膝盖的活动。这为可穿戴设备和柔性电子系统的发展提供了新的可能性。此外，该弹性体表面的多样分子间作用力也赋予了其良好的水下粘附能力，进一步拓展了其应用范围。

在当前的研究背景下，热固性PU泡沫的回收问题一直是材料科学领域的重要挑战。由于其永久交联的网络结构，传统的熔融再加工方法难以有效回收这类材料。因此，研究人员尝试通过引入共价可逆网络（CANs）来提高其可回收性。然而，这种方法在实际应用中仍然存在一定的局限性，例如材料成本较高、化学合成过程复杂，这些因素在一定程度上限制了其大规模生产和实际应用。

为了克服这些挑战，本研究提出了一种新的策略，即通过机械化学方法将热固性PU泡沫转化为离子导电弹性体。这一方法的关键在于在热压过程中引入离子液体，以促进PU网络中氨基甲酸酯键的动态交换。通过这种交换反应，研究人员能够实现材料结构的重排，从而获得具有优良性能的弹性体。这一过程不仅提高了材料的可再加工性，还使得其在导电性和机械性能上得到显著改善。

在实验过程中，研究人员采用了多种材料和化学试剂。其中包括聚醚多元醇、N,N-二甲基环己胺、二异氰酸酯、硅油、异戊烷、1-丁基-3-甲基咪唑??双（三氟甲磺酰）亚胺（[BMIM]TFSI）、石油醚等。这些材料的选择和使用对于最终产品的性能和特性具有重要影响。例如，聚醚多元醇和二异氰酸酯是合成PU泡沫的主要原料，而[BMIM]TFSI则作为催化剂和离子液体，用于促进氨基甲酸酯键的动态交换。

在材料合成过程中，研究人员通过热压将[BMIM]TFSI引入到PU泡沫中，从而实现其结构的重排。通过调整[BMIM]TFSI的含量，可以有效调控弹性体的机械性能。实验结果表明，该材料不仅在机械性能上表现出色，还具备优异的导电能力和水下粘附能力。这些性能的综合表现，使得该材料在实际应用中具有较大的潜力。

此外，研究人员还对材料的性能进行了系统的测试和评估。测试结果表明，该材料在拉伸、断裂、导电、弹性恢复、抗疲劳、抗撕裂、抗溶剂和可再加工等方面均表现出良好的性能。特别是其电阻式应变传感器功能，能够有效监测人体的关节运动，显示出在可穿戴设备和柔性电子系统中的广泛应用前景。

综上所述，本研究提出了一种创新且高效的策略，将热固性PU泡沫转化为高价值的离子导电弹性体材料。这一方法不仅解决了热固性PU泡沫回收的技术难题，还为新型柔性电子系统的开发提供了新的材料选择。同时，该研究也为材料科学领域提供了新的思路和方法，推动了可持续材料开发的发展。通过这种策略，研究人员能够实现对热固性PU泡沫的高效再利用，减少其对环境的影响，提高资源利用效率。这一成果在当前的材料科学和环境工程领域具有重要的意义和应用价值。