聚合物的粘附和电致动性能研究

摘要

壁虎高超的三维运动本领源于其对粘附性脚掌的精确调控。合成仿壁虎脚掌以及驱动脚掌与接触面的主动吸附与脱附，是实现仿壁虎机器人三维运动的核心技术。论文从有机合成出发，制备了3种聚合物，十一烯酸-硅橡胶（UA-PDMS）、聚乙二醇甲基丙烯酸酯-硅橡胶（PEG-MA-PDMS）和磺酸化聚苯乙烯-硅橡胶（SPS-PDMS），研究了PEG-MA-PDMS的粘附性能和亲水性能，及UA-PDMS和SPS-PDMS的离子交换性能。同时，论文还开展了离子交换聚合物电致动材料（IPMC）的制备和优化研究。具体内容如下：
　　 1、Pt催化下，利用硅氢化反应，使聚氢基硅氧烷（PMHS）上的Si-H键与十一烯酸（UA）上的烯基发生偶联，过量的Si-H键与聚烯基硅氧烷（PMVS）合成了UA-PDMS，利用UA-PDMS表面的羧基接枝多巴胺，全反射红外光谱监控了全部合成和表面修饰过程。
　　 2、Pt催化下，PMHS上的Si-H键与聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEG-MA）上的烯基发生硅氢化反应，过量的Si-H键与聚烯基硅氧烷（PMVS）合成了PEG-MA-PDMS，采用全反射红外光谱监控了全部合成过程。利用摩擦试验机测试了聚合物的粘附性能，PEG-MA-PDMS共聚物（PEG%，11%）的法向粘附力相对硅橡胶提高了7倍；无水条件下，切向粘附摩擦力提高了约2倍，有水条件下，切向粘附摩擦力减小到原来的1/4。掺杂PEG的硅橡胶与水和甘油的接触角由原来的107°，110°分别减小到54°，69°，亲水性明显增强。
　　 3、合成了高离子交换当量的磺酸化聚苯乙烯（SPS），全反射红外光谱监控了其合成过程，并利用滴定法测试其磺化度为80%，离子交换当量为4.742mmol/g。通过烯丙基胺的交联，聚氢基硅氧烷（PMHS）与SPS发生硅氢化反应，制备了聚合物SPS-PMHS，用以开展SPS-PMHS的电致动性能研究。
　　 4、制备了离子交换聚合物（全氟磺酸，Nafion）基电致动材料（IPMC），开展了亲水性多壁碳纳米管（MCNT）对IPMC的改性研究。在自行搭建的力学测试系统上对IPMC的输出力和位移进行了测试，MCNT含量为0.25%时，MCNT-Nafion-IPMC的输出力是同等厚度的商业膜制备的IPMC的三倍。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录、注释表

声明

第一章 绪论

第二章 十一烯酸改性硅橡胶

第三章 聚乙二醇甲基丙烯酸酯改性硅橡胶的性能研究

第四章 聚苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂制备和性能测试

第五章 掺杂MCNT的IPMC制备和性能测试平台

第六章 总结和展望

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文