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港中大（深圳）朱世平、朱賀團隊 AFM: 耐低溫、抗老化和耐溶劑的高性能聚氨酯彈性體

2025-03-17 來源：高分子科技

彈性體材料在工業、醫療等諸多領域具有重要應用價值，但其在極端低溫（如溫度低于-80 ℃）、長期老化及溶劑侵蝕等復雜環境下的性能不足嚴重限制了實際應用。針對這一挑戰，香港中文大學（深圳）朱世平、朱賀團隊設計并制備了一種基于全氟聚醚（PF）軟段與鄰苯二酚功能化擴鏈劑（TPA）的聚氨酯彈性體（PFTA）。該材料具有較低的玻璃化轉變溫度（約為?115 ℃）、優異的抗老化性能且在多種常見溶劑中均表現出極低溶脹率。

圖1.聚氨酯彈性體的設計和制備過程。

首先，作者對所制備的聚氨酯彈性體材料進行了系統的耐低溫性能表征，相對于商用彈性體，所制備的PFTA彈性體能輕松應對-80 ℃的低溫循環拉伸。即使低至-100 ℃，PFTA也能承受多個循環而不斷裂（圖2a-2e）。在-80 ℃低溫壓縮彎折測試中，商用聚氨酯彈性體單次彎折即脆性斷裂，商用抗凍硅橡膠在經歷12次彎折后也發生了明顯的塑性形變而斷裂，但PFTA在經歷1000次彎折后仍然保持彈性且不被破壞。即使面對液氮條件下，PFTA彈性體也能展現出良好的柔韌性（圖2f-2h）。

圖2. 彈性體的耐低溫性能表征。

接著，作者對所制備的彈性體材料的抗老化性能和耐溶劑性能進行了表征。首先，對所制備的含鄰苯二酚結構的席夫堿TPA進行了自由基捕捉表征，發現TPA具有良好的自由基捕捉能力（圖3a），展現出抗老化潛力，且作者對其抗老化性能機制進行了系統地EPR研究（圖3b-3d）。因此，基于TPA制備的彈性體也具有良好的抗老化能力，鄰苯二酚結構的存在減緩了聚氨酯彈性體分子結構的破壞，在一星期的紫外和熱氧老化條件下，材料仍能保留良好的形貌和力學性能（圖3e-3i）。最后，作者對材料的耐溶劑性能進行了測試，由于全氟聚醚結構的存在，所制備的材料有良好的耐溶劑性能。綜上所述，鄰苯二酚結構和全氟聚醚的結合為開發耐低溫和耐老化等極端條件使用的彈性體材料提供了合適的方案。

圖3. 聚氨酯彈性體耐老化和耐溶劑性能表征。

該研究成果“High-Performance Elastomer with Excellent Resistance to Low Temperature, Aging and Solvent”近期發表在 Advanced Functional Materials上，香港中文大學（深圳）理工學院博士畢業生郭西偉為論文第一作者（現工作于武漢紡織大學），通訊作者為香港中文大學（深圳）理工學院朱世平教授和朱賀助理教授。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202501171

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（責任編輯：xu）

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