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  開發(fā)可降解和可回收的熱固性聚氨酯有助于節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，是目前研究的熱點(diǎn)。雖然已有研究通過動態(tài)交聯(lián)劑來制備這類型聚氨酯，但是其各項性能之間的平衡仍有待提高。近日，中北大學(xué)王智教授課題組針對這一問題在《Chemical Engineering Journal》期刊發(fā)表名為：“High-Performance Easy-Degradable and Recyclable Thermosetting Polyurethanes via Dynamic Cross-Linking and Abundant Hydrogen Bonding for Foam Sensor Applications”的文章。作者提出了利用動態(tài)交聯(lián)鍵提供長期穩(wěn)定性、氫鍵負(fù)責(zé)短期響應(yīng)性的特點(diǎn)，協(xié)調(diào)了熱固性聚氨酯的降解效率和多方面性能之間的矛盾，為高性能熱固性聚氨酯高效回收提供了新的思路。

  本研究首先利用富含氫鍵供體和受體的擴(kuò)鏈劑己二酰二肼（AD）合成聚氨酯預(yù)聚物，在聚氨酯結(jié)構(gòu)內(nèi)生成豐富的氫鍵。然后以硼酸（BA）作為動態(tài)交聯(lián)劑，形成熱固性聚氨酯（IP-AD-BA1）。IP-AD-BA1網(wǎng)絡(luò)不僅含有豐富的動態(tài)交聯(lián)還具有豐富的氫鍵，這能夠顯著地提高材料的性能。

圖1 熱固性聚氨酯的制備及其分子結(jié)構(gòu)示意圖

  得益于動態(tài)交聯(lián)和氫鍵的協(xié)同作用，IP-AD-BA1在熱穩(wěn)定性、抗拉強(qiáng)度、延性和韌性方面取得了顯著的平衡（抗拉強(qiáng)度51.1 MPa，韌性152.1 MJ m^-3，5%失重溫度為322.5 °C））。與其他可回收的同類型熱固性聚氨酯相比，雖然一些類似的聚氨酯表現(xiàn)出更優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度，但它們在熱穩(wěn)定性和延展性方面往往存在明顯的缺點(diǎn)。相比之下，IP-AD-BA1在這些關(guān)鍵性能之間實(shí)現(xiàn)了相對平衡。

圖2 熱固性聚氨酯熱穩(wěn)定性以及力學(xué)性能

  除此之外，由于AD通過額外的氫鍵增強(qiáng)了聚合物網(wǎng)絡(luò)，有效地解決了動態(tài)硼氧鍵導(dǎo)致的彈性降低的問題。聚合物網(wǎng)絡(luò)中的氫鍵就像彈簧一樣，當(dāng)材料受到外力時產(chǎn)生回彈力。這種機(jī)制為IP-AD-BA1提供了優(yōu)異的彈性性能，確保了在循環(huán)載荷下的優(yōu)異穩(wěn)定性和耐久性。

圖3熱固性聚氨酯的回彈性能

  由于硼氧鍵和氫鍵的動態(tài)可逆性，IP-AD-BA1具有優(yōu)異的降解和回收性能。粉碎后的IP-AD-BA1樣品可以在110 °C，15 MPa，5 min的熱壓下成功重塑和回收，且其各項性能得到保持。

圖4 熱固性聚氨酯的回收性能

  由于硼氧鍵的動態(tài)性質(zhì)，即使在乙醇溶劑中IP-AD-BA1也能完全降解。降解后，通過去除乙醇溶劑，該材料可以轉(zhuǎn)化為透明的線性聚氨酯塑料薄膜。降解機(jī)理為硼氧鍵在乙醇中水解，破壞了與聚氨酯預(yù)聚物的連接，使聚氨酯網(wǎng)絡(luò)由交聯(lián)狀態(tài)變?yōu)榫�性狀態(tài)。

圖5 熱固性聚氨酯的降解性能

  得益于IP-AD-BA1優(yōu)異的回彈性能，還以IP-AD-BA1為基體制備了泡沫傳感器，用來檢測應(yīng)變和應(yīng)力。除此之外，這種泡沫傳感器還可以通過熱壓進(jìn)行回收，形成柔性薄膜導(dǎo)體，這種柔性薄膜也具有出色的機(jī)械性能。

圖6 熱固性聚氨酯的應(yīng)用

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725041117