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浙江大学伍广朋研究员在可降解自愈合材料领域取得新进展
2018-04-16 来源:浙大高分子    点击次数:183次    

  受自然界生物体的启发,赋予材料自愈合性能使材料对其损伤部位及时进行自修复,进而可以方便地提高材料的安全性和延长材料的使用寿命。自愈合概念已延伸至混凝土、陶瓷、金属等材料范畴。有机高分子材料因其化学结构的可设计性,在自愈合功能的调控方面展现了特有的发展潜力。但遗憾的是,目前可自愈合的高分子材料大都是基于非可降解或者难以降解的烯烃类聚合物。因此,研发性能优异的具有可降解性能的自愈合材料,成为当下趋势。

  近日,浙江大学伍广朋研究员在前期嵌段型二氧化碳材料设计、合成和自组装的工作基础上(Macromolecules 2016, 49, 807;Nano Lett. 2017, 17, 1233;Macromolecules 2018, 51, 791),通过学科交叉首次利用“一锅法”高效制备了具有自愈合性能的嵌段型聚碳酸酯共聚物材料。相关论文发表在新一期的《Macromolecules》上 (Construction of Autonomic Self-Healing CO2-based Polycarbonates via One-pot Tandem Synthetic Strategy, Macromolecules, 2018, 51, 1308. )。

图1. 嵌段型聚碳酸酯材料的一锅法合成策略和材料成膜后的样品

  该研究工作中,作者利用三种高效的化学反应:环氧烷烃的水解反应、链穿梭聚合和烯烃-硫醇点击反应(图1),实现了嵌段型聚碳酸酯基聚合物的高效定量制备。通过应力-应变测试,发现制备的嵌段型聚碳酸酯材料在室温下愈合1 小时,材料的断裂应变、最大应力和杨氏模量即可实现~90%的完全恢复,且材料展现了优异的透明性。

图2. 嵌段型聚碳酸酯材料自愈合实验和对应的应力-应变测试曲线

  作者通过NMR和FT-IR对自愈合机理进行了详细探讨,发现该材料强健的自愈合能力是酰胺之间的同种(homo-)氢键和聚碳酸酯骨架羰基和酰胺间的异种(hetero-)氢键共同作用的结果。

图3. 嵌段型聚碳酸酯材料自愈合机理图

  上述研究首次拓展了二氧化碳材料在自愈合材料上的应用,为可降解聚碳酸酯材料的功能化提供了新思路。博士研究生杨贯文为该论文的第一作者,浙江大学伍广朋研究员和美国德州农工大学Darensbourg教授为该论文的共同通讯作者,该研究得到了国家自然科学基金和浙江大学百人计划的支持。

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.7b02231

 
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