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四川大学夏和生教授：含双重动态键的可重加工及室温自修复聚氨酯弹性体

文章来源：未知更新时间：2019-04-23 16:16:23

聚合物材料在加工和使用过程中，外部刺激如热、应力、辐照等对材料会产生不可逆的损伤，造成材料力学性能下降，使用寿命降低，从而导致资源的浪费。而修补、焊接等传统修复方式只能从宏观上恢复形貌，不能从微观上修复损伤。因此具有主动自我修复能力的聚合物材料的合成也成为研究的热门。通过分子设计，利用动态共价键或动态非共价键的断裂重组实现材料愈合的本征型的自修复方式，具有可重复性，其研究也成为自修复材料研究的热点。其中，动态共价键由于相互作用力较强，通过合理设计能够获得力学性能和修复性能均佳的材料。然而由于动态共价键中可逆键的断裂重组需要在特定的外界刺激条件下(如光、热、PH、氧化还原等)完成，因此实现在温和、弱刺激条件下的修复在自修复材料研究中具有重要意义。

聚氨酯作为一类常见的有机高分子材料，主要由两种原料组成，一种是异氰酸酯，起着硬段的作用；另一种是多元醇，起着软段的作用。通过调节软段和硬段的种类和比例可以调节聚氨酯的许多性质，如玻璃化温度、模量、弹性等。因而聚氨酯的性能可调范围宽、适应性强，其制品在胶粘剂、涂料、纤维、弹性体、软硬泡沫塑料、人造革等领域有着广泛的应用。将动态共价键引入到聚氨酯材料中使其具有自修复功能，可以有效地延长材料的使用寿命，降低资源浪费。

图1 动态聚氨酯弹性体的修复示意图

四川大学夏和生教授课题组 在《高分子学报》2019年第5期“动态共价键高分子”专辑(即将出版)的论文中制备了 含Diels-Alder(D-A)键和二硫(S?DS)键的双重动态键的可重加工及室温自修复的聚氨酯弹性体。 在分子设计上采用高度柔性的PPG预聚物为基体材料，将D-A键和S?DS键同时引入到二醇小分子中，制备得到了可重加工、室温自修复的聚氨酯弹性体。该材料在引入了S?DS键的同时，也增加了D-A键的含量，从而使力学性能提高。而动态键断裂后形成的运动性能更强的短分子链，可以大大提高材料的修复效率，制备得到的聚氨酯材料在室温下修复60 min后的修复效率达93%且循环四次修复效率仍高达90%以上。此外该聚氨酯材料可以通过无溶剂一锅法制备，从而可以作为环境友好材料，具有广泛的应用前景。

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