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華南理工劉偉峰和廣東工大邱學青 Macromolecules：兼具優異力學性能和動態循環加工性能的全酚型木質素基聚氨酯彈性體

2025-03-21 來源：高分子科技

聚氨酯彈性體（PUes）是由異氰酸酯和多元醇合成的一類嵌段共聚物，由于其具有良好的力學性能和分子結構可調節性而受到廣泛關注。但在實際應用中，PUes難免會受損傷且使用壽命有限，若直接丟棄將會造成資源浪費和環境污染等問題。設計出一種兼具良好力學性能和動態性能（重加工性能和自愈合性能）的PUes是解決上述問題的關鍵。PUes良好的力學性能通常依賴于強共價交聯，然而強共價交聯卻限制了材料的動態性能，因此制備兼具優異力學性能和動態性能的PUes存在巨大挑戰。

近期，華南理工大學化學與化工學院劉偉峰和廣東工業大學邱學青團隊利用全酚羥基型木質素（CAL）（圖1a），首次成功地通過一步無溶劑法制備了強韌、可重加工、可光熱愈合的木質素基聚氨酯彈性體（LPUes）（圖1b）。

圖1

木質素基聚氨酯彈性體（LPUes）的制備過程中，低分子量的全酚型木質素（CAL）取代30 wt%石油基多元醇的同時也充當交聯劑的作用，幫助LPUes構建了納米微相分離結構和雙重動態交聯網絡（酚型氨基甲酸酯共價交聯網絡和氫鍵交聯網絡），使材料的拉伸強度、斷裂伸長率和韌性分別達到了44.6 MPa、714.6%和148.0 MJ/m3（圖2a），展現出良好的力學性能。酚型氨基甲酸酯鍵網（PCBs）絡賦予了LPUes優異的動態性能。經兩次熱壓后LPUes拉伸強度和韌性保留率分別高達為98%和94.4%，經五次熱壓后其韌性保留率仍高達93.2%，展現出非常優異的重加工性能（圖2b）。在近紅外激光下照射30 min后LPUes拉伸強度和斷裂伸長率的恢復率分別高達81.4%和88.4%，展現出良好且快速的光控自愈合性能（圖2c）。

圖2

這項研究有效地解決了木質素基聚氨酯彈性體力學性能和動態性能之間矛盾的問題，且充分揭示了LPUes中酚型氨基甲酸酯鍵的動態交換機理（圖2d），為后續開發綠色且更多樣化功能的LPUes提供了新的理論指導和研究思路。該工作以“Mechanically Robust, Reprocessable, and Light-Controlled Healable Solvent-Free Lignin-Containing Polyurethane Elastomers Based on Dynamic Phenol-Carbamate Network”為題發表在《Macromolecules》上。文章第一作者是華南理工大學碩士研究生彭錦。該研究得到國家自然科學基金（22038004, 22222805, 22078116, U23A6005, 22478133, 52303052）、廣東省化學與精細化工實驗室揭陽中心資助。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c02258?ref

近年來，作者團隊專注于木質素在高分子材料中的高值利用研究，在木質素改性橡膠、塑料、聚氨酯、膠黏劑、表面活性劑等體系，利用木質素本身的天然結構和功能優勢，實現了對不同高分子體系的增強增韌高性能化及功能化，為木質素這一大宗工業生物質資源在高分子材料領域的高值利用探索新理論和新方法，相關成果獲得了系列授權發明專利，歡迎交流合作，推動應用轉化。

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（責任編輯：xu）

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