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[材料资讯] 张希、徐江飞课题组:高韧性、可循环再生的交联超分子聚脲材料

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发表于 2020-8-5 15:30:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
热固性塑料因其共价交联的网络结构而具有优异的力学性能和尺寸稳定性,已在高性能涂层和航空材料等领域展现出重要的应用价值。然而,共价交联的网络结构也使得热固性塑料难以再加工及循环利用,使用后废弃的热固性塑料造成了严重的资源浪费和环境污染。如何构筑可循环再生的交联聚合物材料仍是有待解决的重要问题。

交联超分子聚脲

 交联超分子聚脲
图1 交联超分子聚脲的制备与循环再生示意图
       在国家自然科学基金委的支持下,清华大学化学系张希教授、徐江飞副研究员课题组通过超分子单体的共聚合,向交联聚合物的主链中引入低含量的四重氢键基元,成功地制备了高力学性能、可多次循环再生的交联超分子聚脲材料。如图1a所示,通过四重氢键连接的超分子二胺单体、共价二胺单体、三胺交联剂与异氰酸酯单体共聚合,制备了交联超分子聚脲。其中,三胺交联剂用以保证材料的力学强度和交联网络的完整性。四重氢键基元的引入则使得交联网络在加热时得以动态重组,具备了可循环再生的性能(图1b)。此外,低含量的四重氢键基元不仅几乎不影响材料的耐溶剂性,并且显著地提升了材料的韧性。如图2a所示,含有9.7%摩尔量四重氢键基元的交联超分子聚脲具有74.17 MJ/m3的高韧性,相较于共价交联聚脲提升了近120倍,同时依然保持了对多种溶剂的耐受性(图2b)。更重要的是,该材料在经过5次粉碎-热压再加工循环后,其断裂应力、断裂伸长率、杨氏模量等力学性能均保持在初始性能的95%以上(图2c),展现出优异的可循环再生性能。

交联超分子聚脲

 交联超分子聚脲
图2 a) 共价交联聚脲和交联超分子聚脲的韧性; b) 共价交联聚脲和CSPU-0.097UPy的耐溶剂性能; c) CSPU-0.097UPy多次循环再生的应力-应变曲线
       交联超分子聚脲材料融合了交联聚合物的优良力学性能与超分子聚合物的动态可逆性质。这一引入非共价键基元的策略为交联聚合物材料的循环再利用提供了新的思路,未来有望应用于橡胶、环氧树脂等热固性材料,发展可再生的交联超分子聚合物材料体系。参见Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202000096.
       论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000096


       文章来源:清华大学
       张希,吉林大学校长,清华大学教授。1965年12月出生于辽宁本溪,籍贯湖南长沙,1987年3月加入中国共产党,1992年12月参加工作,理学博士,高分子化学家,中国科学院院士,清华大学化学系教授、博士生导师  ,第八届国家自然科学基金委员会副主任   ,高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)奖励委员会副主任 ,现任吉林大学党委副书记、校长(副部长级)。
      徐江飞,清华大学化学系副教授,1988年1月出生。2009年本科毕业于北京师范大学,2014年中科院理化技术研究所博士毕业,2016年清华大学化学系博士后工作结束后,继续在清华大学开展科研工作。他围绕超分子聚合物的可控组装、材料制备以及功能调控开展了系列研究。发展了刚性二苯乙烯光响应基元,为光控超分子聚合开辟了新的途径;建立了超分子界面聚合新方法,为超分子材料的可控制备提供了新的契机;发现了选择性抗菌超分子体系,为缓解细菌的耐药性提供了新的思路。这些研究成果受到了国内外同行的广泛关注和高度评价,开拓了功能超分子材料的新方向。至今已在Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci. 等期刊发表论文40余篇,研究成果被Nature,Angew. Chem. Int. Ed.等多家期刊撰文报道评述。

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