【复合信息】聚氨酯材料的快速修复取得了新的进展

开发具有自我修复能力的聚合物材料，是缓解“白色污染”的手段之一，使受损材料能够有效自我修复和再生利用。但是，玻璃高分子的分子积聚密度高，分子链运动冻结网络，在常温下很难实现自我修复。虽然近年来玻璃自修复高分子材料取得了突破性进展，但低机械性能、复杂的修复方法和冗长的修复时间使其难以在实践中应用。所以，高性能高分子材料的开发能够在玻璃状态下快速修复，无疑是一个重大挑战。

最近，学校吴锦荣教授团队报道了一种玻璃超支化聚氨酯超支化聚氨酯，可以在室温下快速修复。（UGPU）。研究人员通过偶联单一法律反应，得到了具有无环杂原子链和超支化结构的聚氨酯材料(图1)。这种独特的分子结构将超支化聚合物的聚合物运动与聚氨酯的多氢键相结合，形成了基于脲键、氨基甲酸酯键和支化尾甲基的高密度氢键网络。UGPU的抗拉强度高达70 MPa，储能模量2.5 GPa，玻璃转换温度远高于室温(53) 所以，UGPU是一种刚性透明玻璃塑料。

图1 玻璃刚度透明塑料（UGPU）的合成路径

UGPU具有优异的自修复能力，可在压力下实现玻璃自修复。与此同时，研究人员发现，水分极少(16) μg作用于UGPU的截面，/mm2可以显著加快修复速度(图2)，使UGPU在一分钟内恢复到26.4。 MPa的抗拉强度和杨氏模量超过80%，创造了自修复材料的历史记录。而且修复后的样品可以抵抗10。 MPa蠕变检测，足以满足零件损坏后快速修复并继续服务的应用要求。

图2 UGPU的室温超快修复性能

为了揭示UGPU快速修复的机制，研究人员分析了UGPU超快修复的内部机制(图3)，主要表现为:通过宽频介电松弛谱、X射线光电子能谱、二维红外光谱、时间相关红外光谱、显微红外光谱等一系列方式。

超支化UGPU的支化链端、尾端链段及其氢键基团，即使在冻结的玻璃状网络中仍具有较高的运动性。

动态氢键网络在UGPU损坏断面上被破坏，暴露出大量非络合态亲水氢键基团。

3.微量水分子在UGPU的亲水横截面上迅速形成活性层，通过“水桥”推动了两个横截面之间氢键网络的快速重组，并以水的形式保存在网络中。

图3 自修复机制研究UGPU

该工作以“Ultra-Fast-Healing Glassy Hyperbranched Plastics Capable of Restoring 26.4 MPa Tensile Strength within One Minute at Room Temperature"问题出现了《Angew. Chem.》期刊上。文章第一作者是四川大学研究生李维航(现复旦大学博士)，吴锦荣教授是通讯作者。文章第一作者是四川大学研究生李维航(现复旦大学博士生)，吴锦荣教授是通信作者。这项研究得到了国家自然科学基金委员会的大力支持。

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标题：《复材信息》超快修复的聚氨酯材料取得了新进展。

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