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南京理工大學郭效德教授團隊 CEJ: 一種高強度、超快速室溫自修復聚脲彈性體 - 通過結構功能區優化策略
2023-04-10  來源:高分子科技

  近年來,自修復彈性體因其具有可修復性和高韌性的多功能優勢而受到廣泛關注。特別是在電子元件、防腐涂層、界面粘接等領域,自修復彈性體顯示出了巨大的應用前景。然而,目前所報道的大多數自修復彈性體通常難以滿足高強度力學性能和快速自修復能力,一些報道的彈性體甚至需要借助高溫、紫外線、溶劑等外界手段來完成自修復過程,極大的限制了自修復彈性體的進一步推廣使用。因此,研制高強度、自主性、快速室溫自修復彈性體是大勢所趨。 


  近期,南京理工大學郭效德教授團隊在開發高強度室溫自修復彈性體的研究上做出了新的突破。他們利用不同量級分子量的聚醚胺D-2000/D-400與異佛爾酮二異氰酸酯一步共聚獲得了一種最大抗拉強度為17.8 MPa,斷裂能高達105.7 KJ/m2的高強度,高韌性自修復聚脲彈性體PU-S8L2D-400D-2000的摩爾比為8:2)。該彈性體能在室溫下6h內完全恢復機械性能,其驚人的綜合性能遠遠領先于以往報道的室溫自修復材料。 


1 PU-S8L2的制備過程和性能展示


  聚醚胺D-2000D-400化學長度具有顯著差異,能在聚合物網絡中形成低密度和高密度氫鍵功能區。低密度氫鍵功能區鏈段具有較高的運動效率,可提升聚合物的自修復性能。高密度氫鍵功能區具有較強的分子間相互作用,有益于改善聚合物網絡的剛性,增強材料的力學性能。得益于兩個功能區的協同作用,制備的聚合物不僅出色的力學性能還具有快速高效的室溫自修復能力。 


2 樣品的力學性能研究


  網絡中大量氫鍵的存在增加了聚合物鏈段之間的結合位點,使其均具有較好拉伸強度。隨著長鏈D-2000含量的增加,聚合物的低密度氫鍵功能占比逐漸增加,聚合物的延展性和自修復性能得到了顯著的提升。依靠大量尿素基弱氫鍵的能量耗散作用,PU-S8L2表現出優異的抗穿刺和出眾的抗撕裂能力,這使得其具有了巨大的應用潛力。 


3 樣品的自修復性能研究


  非對稱的異佛爾酮尿素氫鍵具有活躍的動態性,能在室溫條件下重構分子網絡,實現斷裂聚合物的快速室溫自修復。所獲得聚合物是目前所報道的,拉伸強度高于15 MPa的室溫自修復材料中自修復效率最快的自修復材料。該工作為構建具有更快自修復速度和更高機械強度的室溫自修復材料提供了全新的思路。


  相關工作以“A novel, high strength, ultra-fast room temperature self-healing elastomers via structural functional region optimization strategy”為題已被國際著名期刊Chemical Engineering Journal(最新影響因子16.7)接收。論文第一作者為南京理工大學化學與化工學院博士生涂晶,通訊作者為國家特種超細粉體工程技術研究中心副主任(主持工作),南京理工大學超細粉體與表面科學技術研究所所長郭效德教授。該工作得到了南京理工大學分析測試中心和科學技術研究院的鼎力支持。


  南京理工大學郭效德教授團隊近年來致力于開發高效自修復材料及其在固體推進劑等領域的潛在應用,并取得一系列成果,包括:自修復超疏水復合涂層(Chemical Engineering Journal. 2023, 454: 140101, IF=16.7)、自修復推進劑聚氨酯粘結劑(Materials Chemistry Frontiers. 2022, 69: 1161-1171, IF=8.68)等等。


  原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723016182

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(責任編輯:xu)
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