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開(kāi)發(fā)具有自我修復能力的高分子質(zhì)料，使受損的質(zhì)料能夠有效地自我自修復和再生利用，是緩解“白色污染”的手段之一然而，玻璃態(tài)高分子的分子堆砌密度大和分子鏈運動(dòng)被凍結網(wǎng)絡(luò )，很難實(shí)現常溫自修復盡管，近年玻璃態(tài)自修復的高分子質(zhì)料已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，但較低的力學(xué)性能、復雜的修復方法和冗長(cháng)的修復時(shí)間使其難以得到實(shí)際應用。

因此，開(kāi)發(fā)能夠在玻璃態(tài)下快速修復的高性能高分子質(zhì)料無(wú)疑是一項重大挑戰

近日，學(xué)院吳錦榮教授團隊報道了一種室溫下能快速修復的玻璃態(tài)超支化聚氨酯（UGPU）在這項工作中，研究人員通過(guò)偶聯(lián)單體法反應得到了具有無(wú)環(huán)雜原子鏈和發(fā)泡超支化結構的聚氨酯質(zhì)料（圖1）這種獨特的分子結構將超支化聚合物的高分子運動(dòng)性與聚氨酯的多重氫鍵相結合，構成了基于脲鍵、氨基甲酸酯鍵和支化末端羥基的高密度氫鍵網(wǎng)絡(luò )。

UGPU的拉伸強度高達70 MPa，儲能模量2.5 GPa，玻璃化轉變溫度遠高于室溫（53 ℃），因此，UGPU是一種剛性的透明玻璃態(tài)塑料

聚氨酯發(fā)泡工廠(chǎng)，看到就不用再找，專(zhuān)業(yè)PU模具發(fā)泡二十年，只做這一個(gè)，經(jīng)驗豐富，生產(chǎn)規模大，貨美價(jià)廉

圖1 剛性透明玻璃態(tài)塑料（UGPU）的合成路徑UGPU具有優(yōu)異自修復能力，其在受壓下可以實(shí)現玻璃態(tài)自修復同時(shí)，研究人員發(fā)現，極其微量的水分（16 μg/mm2）作用于UG發(fā)泡PU的斷面，即可以顯著(zhù)加速修復速度（圖2），使UGPU在一分鐘內恢復26.4 MPa的抗拉強度和凌駕80%的楊氏模量，這創(chuàng )下了自修復質(zhì)料的歷史記錄。

而且修復后的樣品可反抗10 MPa的蠕變測試，足以滿(mǎn)足結構件受損后快速修復并繼續服役的應用需求

圖2 UGPU的室溫超快速修復性能為了揭示UGPU的快速修復的機理，研究人員通過(guò)寬頻介電松弛譜、X射線(xiàn)光電子能譜、二維紅外光譜、時(shí)間相關(guān)紅外光譜和顯微紅外光譜等一系列手段，解析UGPU超快速修復的內在機制（圖3），該機制主要體現在:

1.超支化UGPU的支化鏈端、末端鏈段和其氫鍵基團，即使在凍結的玻璃態(tài)網(wǎng)絡(luò )中依然具有很高的運動(dòng)發(fā)泡性2.在UGPU的破損斷面上，動(dòng)態(tài)氫鍵網(wǎng)絡(luò )被破壞，袒露出了大量非絡(luò )合態(tài)的親水氫鍵基團3.微量水分子快速在UGPU的親水斷面上形成了活化層，通過(guò)“水橋”促進(jìn)了兩個(gè)斷面間氫鍵網(wǎng)絡(luò )的快速重組，并以結合水的形態(tài)保留在網(wǎng)絡(luò )中。

圖3 UGPU的自修復機制研究該工作以“Ultra-Fast-Healing Glassy Hyperbranched Plastics Capable of Restoring 26.4 MPa Tensile Strength within One Minute at Room Temperature”為題發(fā)表在《Angew. C發(fā)泡hem.》期刊上。

文章第一作者為四川大學(xué)碩士研究生李維航（現復旦大學(xué)博士生），吳錦榮教授為通訊作者該研究得到了國家自然科學(xué)基金委的鼎力大舉資助

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