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四川大学吴锦荣/兀琪《Macromolecules》:通过π型镊子结构构建动态稳定硬相赋予自修复聚氨酯类硫化天然橡胶的回弹性
2023-11-09  来源:高分子科技

  共价交联弹性体表现出快回弹特性、尺寸稳定性和高机械性能然而,共价交联的不可逆性往往会造成了严重的环境污染和资源浪费。动态相互作用及其网络结构高分子材料的回收再利用与自修复提供了一定的策略。然而,基于动态相互作用的超分子网络在大应变下容易断裂,造成严重的分子链滑移和不可忽略的残余应变。这些残余应变无法恢复变成永久形变,或者需要很长时间才能恢复,这造成超分子弹性体往往表现残余应变高回弹性差。考虑到大多数弹性体在长期工程应用中不可避免的往复应力,因此在超分子弹性体中实现与共价交联弹性体类似的瞬时快回复特性具有重要意义。


  近日,四川大学高分子科学与工程学院吴锦荣/兀琪团队设计了由咪唑烷酰脲IU和芳香亚胺-二醇Aro-ID组成的π型镊子结构来稳定聚氨酯弹性体中的动态硬相(SDHDs),开发了具有瞬时快回复特性、可自修复且可回收的超分子聚氨酯弹性体。其弹性回复行为与硫化天然橡胶相似。即使受到500%的变形,弹性体在受力后释放也能瞬时回复循环拉伸测试结果表明,该弹性体的瞬时残余应变仅为15%,与硫化天然橡胶13%相当,大大低于现有的自修复超分子弹性体 



  在室温下,SDHDs类似于不可逆共价交联,使动态聚氨酯网络具有高结合能和小应力松弛。因此,弹性体表现出瞬时快回弹性,以及显著的机械强度和韧性。同时,SDHDs在加热后被活化,在温和的条件下50 ℃)该弹性体具有优异的愈合能力(~100%的愈合效率)并且回收后机械性能保持不变 



  另外,由于超快的回弹性,该弹性体表现出显著的弹热制冷效应,绝热温度变化为-13.5℃ ,超过了硫化天然橡胶(-9.4℃总的来说,这项工作有效平衡超分子弹性体的回弹性、机械性能和自修复性能,进而扩大了自修复弹性体的潜在应用范围。 



  该工作以“Healable and Recyclable Polyurethane with Natural-Rubber-like Resilience via π-Type Tweezer Structure Stabilizing Dynamical Hard Domains”为题发表在Macromolecules上。四川大学高分子科学与工程学院博士研究生熊慧文章第一作者,吴锦荣教授兀琪副研究员论文共同通讯作者。


  该工作得到了国家自然科学基金No. 52173058)中国博士后科学基金项目(No. 2023M732415)和四川省自然科学基金项目(No. 2022NSFSC1982)的资助,同时感谢上海同步辐射(SSRF)支持。


  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c01770 

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(责任编辑:xu)
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