大連理工大學蹇錫高院士團隊 AFM：通過模擬扇貝足絲的多級動態結構實現超分子水性聚氨酯彈性體的力學性能強化
2024-09-19 來源：高分子科技
近年來，高強度可修復聚氨酯彈性體領域的研究已經取得了巨大的進展，但其制備過程難以避免使用大量的有機溶劑，對環境造成極大的負擔。通過向聚氨酯分子鏈中引入親水單體可以賦予其良好的水分散性，制得的水性聚氨酯是一種以水作為主要分散介質的環保材料。推動水性聚氨酯彈性體材料的研發可減少有機溶劑的使用，對降低環境污染具有重要意義。然而，賦予聚氨酯材料水分散性的獲取常以犧牲其力學性能為代價，難以滿足潛在應用需求。因此，通過合理的結構設計，開發力學性能可與溶劑型聚氨酯彈性體相媲美的新型水性聚氨酯彈性體具有非常重要的意義。
扇貝足絲是一種具有高強度高韌性的天然材料，它獨特的多級動態結構為設計高強度水性聚氨酯彈性體提供結構設計的思路。最近的研究表明，其卓越的力學性能源于扇貝足絲上Sbp5-2 蛋白內動態共價相互作用和動態非共價相互作用的協同配合。Sbp5-2 蛋白中含有豐富的氫鍵相互作用，可有效誘導 β-納米晶的產生。Sbp5-2 蛋白上的扭曲二硫鍵還可有效調節鏈段構象，優化氫鍵化程度及其結合能，從而顯著提高扇貝足絲的力學性能。此外，扇貝足絲中含負電官能團（如羧基）與海水中的金屬離子還可發生配位作用，增強超分子相互作用和提高可逆交聯程度，也有助于進一步提高扇貝足絲的力學性能。
圖1 (a) 扇貝足絲的多級動態結構, (b) 超分子水性聚氨酯彈性體的化學結構
圖2 超分子水性聚氨酯分散體及其彈性體的結構表征
圖3 超分子彈性體的力學性能表征
圖4 SWPU-DESH-Zn的強韌化機理
圖5 SWPU-DESH-Zn的修復和再加工
圖6 聚氨酯基離子皮膚的應變傳感性能
圖7將SWPU-DESH-Zn與碳纖維織物復合制備高性能電磁屏蔽材料
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202413083
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