四川大学金勇教授团队 CEJ：基于动态键的双交联网络水性聚氨酯具有自修复、可回收和抗菌功能，可用于温度/光传感器

2024-01-28 来源：高分子科技

水性聚氨酯不仅具有优异的机械性能和多种功能，还具有无毒、无溶剂的优点，被广泛应用于涂料、油墨、粘合剂和涂饰材料等多个领域。但是水性聚氨酯材料在使用过程中不可避免地会遭受损坏或断裂，这会严重影响材料的使用寿命并造成资源浪费。尽管动态键赋予材料自修复性能可延长其使用寿命，但是同时具有优异机械性能和自修复效率的水性聚氨酯仍然是一个很大挑战。

受蜘蛛网稳定网络结构的启发，四川大学金勇教授团队提出在线性自修复水性聚氨酯中引入适量的化学交联和动态交联，形成双交联网络体系；其中主链上的化学交联可以保持聚合物网络结构的稳定性并提高材料的机械性能，而侧链上的动态交联可以使聚合物链保持较好的动态性，通过控制两种交联体系的比例，使材料在较高力学性能下满足材料的自修复性能。文中所制备的双交联网络水性聚氨酯薄膜具有优异的机械性能、令人满意的伸长率和快速的自修复效率。此外，材料具备的可回收性能和抗菌性能还可进一步增加材料的应用场景。

金勇教授团队长期围绕水凝胶、离子凝胶、聚氨酯等基材开发了各种性能和多种特色功能传感材料（J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 23916–23928、Chemical Engineering Journal 438 (2022) 135596、Nano Energy 104 (2022) 107962、Chemical Engineering Journal 456 (2023) 141082、ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 39120?39131、ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 35469?35482、Chemical Engineering Journal 476 (2023) 146840、Adv. Funct. Mater. 2023, 2301921）。

在该研究中，依靠稳定的双交联网络水性聚氨酯制备的传感器具有长期稳定性，可以灵敏地监测环境温度或人体温度的变化，得益于聚合物链上双碲键的光动态响应，由此制备的传感器还具有灵敏的光响应。该项研究提供了一种简便的方法来制备具有优异性能和多种功能的环保型水性聚氨酯，在智能设备和人机交互领域具有潜在的应用前景。

图1. 双交联网络水性聚氨酯制备示意图。

图2. 双交联网络水性聚氨酯结构表征和乳液性能。

图3. 双交联网络水性聚氨酯力学性能表征。

图4. 双交联网络水性聚氨酯自修复性能表征。

图5. 双交联网络水性聚氨酯抗菌性能表征。

图6. 基于双交联网络水性聚氨酯温度/光传感器的应用展示。

该研究成果以题为“Double crosslinked networks waterborne polyurethane with self-healing, recyclable and antibacterial functions based on dynamic bonds and used for temperature/light sensor”在《Chemical Engineering Journal》上发表，第一作者为四川大学轻工科学与工程学院硕士研究生曾文华，金勇教授为本论文的通讯作者。该项研究也得到了国家自然科学基金及四川省科技支撑计划等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148994

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（责任编辑：xu）

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