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華南理工劉偉峰和廣東工大邱學(xué)青 Macromolecules：兼具優(yōu)異力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)循環(huán)加工性能的全酚型木質(zhì)素基聚氨酯彈性體
2025-03-21  來源：高分子科技

  聚氨酯彈性體（PUes）是由異氰酸酯和多元醇合成的一類嵌段共聚物，由于其具有良好的力學(xué)性能和分子結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)性而受到廣泛關(guān)注。但在實(shí)際應(yīng)用中，PUes難免會受損傷且使用壽命有限，若直接丟棄將會造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題。設(shè)計(jì)出一種兼具良好力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)性能（重加工性能和自愈合性能）的PUes是解決上述問題的關(guān)鍵。PUes良好的力學(xué)性能通常依賴于強(qiáng)共價(jià)交聯(lián)，然而強(qiáng)共價(jià)交聯(lián)卻限制了材料的動(dòng)態(tài)性能，因此制備兼具優(yōu)異力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)性能的PUes存在巨大挑戰(zhàn)。


  近期，華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院劉偉峰和廣東工業(yè)大學(xué)邱學(xué)青團(tuán)隊(duì)利用全酚羥基型木質(zhì)素（CAL）（圖1a），首次成功地通過一步無溶劑法制備了強(qiáng)韌、可重加工、可光熱愈合的木質(zhì)素基聚氨酯彈性體（LPUes）（圖1b）。


圖1


  木質(zhì)素基聚氨酯彈性體（LPUes）的制備過程中，低分子量的全酚型木質(zhì)素（CAL）取代30 wt%石油基多元醇的同時(shí)也充當(dāng)交聯(lián)劑的作用，幫助LPUes構(gòu)建了納米微相分離結(jié)構(gòu)和雙重動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（酚型氨基甲酸酯共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和氫鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)），使材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和韌性分別達(dá)到了44.6 MPa、714.6%和148.0 MJ/m3（圖2a），展現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。酚型氨基甲酸酯鍵網(wǎng)（PCBs）絡(luò)賦予了LPUes優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能。經(jīng)兩次熱壓后LPUes拉伸強(qiáng)度和韌性保留率分別高達(dá)為98%和94.4%，經(jīng)五次熱壓后其韌性保留率仍高達(dá)93.2%，展現(xiàn)出非常優(yōu)異的重加工性能（圖2b）。在近紅外激光下照射30 min后LPUes拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的恢復(fù)率分別高達(dá)81.4%和88.4%，展現(xiàn)出良好且快速的光控自愈合性能（圖2c）。


圖2


  這項(xiàng)研究有效地解決了木質(zhì)素基聚氨酯彈性體力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)性能之間矛盾的問題，且充分揭示了LPUes中酚型氨基甲酸酯鍵的動(dòng)態(tài)交換機(jī)理（圖2d），為后續(xù)開發(fā)綠色且更多樣化功能的LPUes提供了新的理論指導(dǎo)和研究思路。該工作以“Mechanically Robust, Reprocessable, and Light-Controlled Healable Solvent-Free Lignin-Containing Polyurethane Elastomers Based on Dynamic Phenol-Carbamate Network”為題發(fā)表在《Macromolecules》上。文章第一作者是華南理工大學(xué)碩士研究生彭錦。該研究得到國家自然科學(xué)基金（22038004, 22222805, 22078116, U23A6005, 22478133, 52303052）、廣東省化學(xué)與精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)室揭陽中心資助。


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02258?ref


  近年來，作者團(tuán)隊(duì)專注于木質(zhì)素在高分子材料中的高值利用研究，在木質(zhì)素改性橡膠、塑料、聚氨酯、膠黏劑、表面活性劑等體系，利用木質(zhì)素本身的天然結(jié)構(gòu)和功能優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了對不同高分子體系的增強(qiáng)增韌高性能化及功能化，為木質(zhì)素這一大宗工業(yè)生物質(zhì)資源在高分子材料領(lǐng)域的高值利用探索新理論和新方法，相關(guān)成果獲得了系列授權(quán)發(fā)明專利，歡迎交流合作，推動(dòng)應(yīng)用轉(zhuǎn)化。
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