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四川大學(xué)吳錦榮/兀琪《Macromolecules》:通過π型鑷子結(jié)構(gòu)構(gòu)建動(dòng)態(tài)穩(wěn)定硬相賦予自修復(fù)聚氨酯類硫化天然橡膠的回彈性
2023-11-09  來源:高分子科技

  共價(jià)交聯(lián)彈性體表現(xiàn)出快回彈特性、尺寸穩(wěn)定性和高機(jī)械性能,然而,共價(jià)交聯(lián)的不可逆性往往會(huì)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。動(dòng)態(tài)相互作用及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高分子材料的回收再利用與自修復(fù)提供了一定的策略。然而,基于動(dòng)態(tài)相互作用的超分子網(wǎng)絡(luò)在大應(yīng)變下容易斷裂,造成嚴(yán)重的分子鏈滑移和不可忽略的殘余應(yīng)變。這些殘余應(yīng)變無法恢復(fù)變成永久形變,或者需要很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù),這造成超分子彈性體往往表現(xiàn)殘余應(yīng)變高回彈性差。考慮到大多數(shù)彈性體在長(zhǎng)期工程應(yīng)用中不可避免的往復(fù)應(yīng)力,因此在超分子彈性體中實(shí)現(xiàn)與共價(jià)交聯(lián)彈性體類似的瞬時(shí)快回復(fù)特性具有重要意義。


  近日,四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院吳錦榮/兀琪團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了由咪唑烷酰脲IU和芳香亞胺-二醇Aro-ID組成的π型鑷子結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定聚氨酯彈性體中的動(dòng)態(tài)硬相(SDHDs),開發(fā)了具有瞬時(shí)快回復(fù)特性、可自修復(fù)且可回收的超分子聚氨酯彈性體。其彈性回復(fù)行為與硫化天然橡膠相似。即使受到500%的變形,彈性體在受力后釋放也能瞬時(shí)回復(fù)。循環(huán)拉伸測(cè)試結(jié)果表明,該彈性體的瞬時(shí)殘余應(yīng)變僅為15%,與硫化天然橡膠13%相當(dāng),大大低于現(xiàn)有的自修復(fù)超分子彈性體。 



  在室溫下,SDHDs類似于不可逆共價(jià)交聯(lián),使動(dòng)態(tài)聚氨酯網(wǎng)絡(luò)具有高結(jié)合能和小應(yīng)力松弛。因此,彈性體表現(xiàn)出瞬時(shí)快回彈性,以及顯著的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。同時(shí),SDHDs在加熱后被活化,在溫和的條件下50 ℃)該彈性體具有優(yōu)異的愈合能力(~100%的愈合效率),并且回收后機(jī)械性能保持不變。 



  另外,由于超快的回彈性,該彈性體表現(xiàn)出顯著的彈熱制冷效應(yīng),絕熱溫度變化為-13.5℃ ,超過了硫化天然橡膠(-9.4℃總的來說,這項(xiàng)工作有效平衡超分子彈性體的回彈性、機(jī)械性能和自修復(fù)性能,進(jìn)而擴(kuò)大了自修復(fù)彈性體的潛在應(yīng)用范圍。 



  該工作以“Healable and Recyclable Polyurethane with Natural-Rubber-like Resilience via π-Type Tweezer Structure Stabilizing Dynamical Hard Domains”為題發(fā)表在Macromolecules上。四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生熊慧文章第一作者,吳錦榮教授兀琪副研究員論文共同通訊作者。


  該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金No. 52173058)中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(No. 2023M732415)和四川省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No. 2022NSFSC1982)的資助,同時(shí)感謝上海同步輻射(SSRF)支持。


  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c01770 

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