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南京理工大學(xué)郭效德教授團(tuán)隊(duì) CEJ: 一種高強(qiáng)度、超快速室溫自修復(fù)聚脲彈性體 - 通過結(jié)構(gòu)功能區(qū)優(yōu)化策略
2023-04-10  來源:高分子科技

  近年來,自修復(fù)彈性體因其具有可修復(fù)性和高韌性的多功能優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。特別是在電子元件、防腐涂層、界面粘接等領(lǐng)域,自修復(fù)彈性體顯示出了巨大的應(yīng)用前景。然而,目前所報(bào)道的大多數(shù)自修復(fù)彈性體通常難以滿足高強(qiáng)度力學(xué)性能和快速自修復(fù)能力,一些報(bào)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(fù)過程,極大的限制了自修復(fù)彈性體的進(jìn)一步推廣使用。因此,研制高強(qiáng)度、自主性、快速室溫自修復(fù)彈性體是大勢(shì)所趨。 


  近期,南京理工大學(xué)郭效德教授團(tuán)隊(duì)在開發(fā)高強(qiáng)度室溫自修復(fù)彈性體的研究上做出了新的突破。他們利用不同量級(jí)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(qiáng)度為17.8 MPa,斷裂能高達(dá)105.7 KJ/m2的高強(qiáng)度,高韌性自修復(fù)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(nèi)完全恢復(fù)機(jī)械性能,其驚人的綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于以往報(bào)道的室溫自修復(fù)材料。 


1 PU-S8L2的制備過程和性能展示


  聚醚胺D-2000D-400化學(xué)長度具有顯著差異,能在聚合物網(wǎng)絡(luò)中形成低密度和高密度氫鍵功能區(qū)。低密度氫鍵功能區(qū)鏈段具有較高的運(yùn)動(dòng)效率,可提升聚合物的自修復(fù)性能。高密度氫鍵功能區(qū)具有較強(qiáng)的分子間相互作用,有益于改善聚合物網(wǎng)絡(luò)的剛性,增強(qiáng)材料的力學(xué)性能。得益于兩個(gè)功能區(qū)的協(xié)同作用,制備的聚合物不僅出色的力學(xué)性能還具有快速高效的室溫自修復(fù)能力。 


2 樣品的力學(xué)性能研究


  網(wǎng)絡(luò)中大量氫鍵的存在增加了聚合物鏈段之間的結(jié)合位點(diǎn),使其均具有較好拉伸強(qiáng)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(fù)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(xiàn)出優(yōu)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(yīng)用潛力。 


3 樣品的自修復(fù)性能研究


  非對(duì)稱的異佛爾酮尿素氫鍵具有活躍的動(dòng)態(tài)性,能在室溫條件下重構(gòu)分子網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)斷裂聚合物的快速室溫自修復(fù)。所獲得聚合物是目前所報(bào)道的,拉伸強(qiáng)度高于15 MPa的室溫自修復(fù)材料中自修復(fù)效率最快的自修復(fù)材料。該工作為構(gòu)建具有更快自修復(fù)速度和更高機(jī)械強(qiáng)度的室溫自修復(fù)材料提供了全新的思路。


  相關(guān)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(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士生涂晶,通訊作者為國家特種超細(xì)粉體工程技術(shù)研究中心副主任(主持工作),南京理工大學(xué)超細(xì)粉體與表面科學(xué)技術(shù)研究所所長郭效德教授。該工作得到了南京理工大學(xué)分析測(cè)試中心和科學(xué)技術(shù)研究院的鼎力支持。


  南京理工大學(xué)郭效德教授團(tuán)隊(duì)近年來致力于開發(fā)高效自修復(fù)材料及其在固體推進(jìn)劑等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用,并取得一系列成果,包括:自修復(fù)超疏水復(fù)合涂層(Chemical Engineering Journal. 2023, 454: 140101, IF=16.7)、自修復(fù)推進(jìn)劑聚氨酯粘結(jié)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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