自修复高分子材料是一类新型的智能材料，具有在受到外界机械损害后能自行发现裂纹，并通过一定机理将裂纹重新填补、自行愈合的能力。从不同的修复机理来看，基于动态键的本征型自修复材料，因其具有能多次修复的优势成为该领域的主要发展方向。然而，针对不同结构的高分子材料及其多样化的应用领域，如何选择最适合的动态键类型和合理的键入方式，在获得优异自修复性能的同时还保证材料的其它性能不受到显著影响，仍然是研究人员面临的重要挑战。
聚氨酯作为第六大类合成高分子材料，具有原料多样性、结构与性能易调控等特点，被广泛应用于泡沫、粘合剂、涂料和建筑材料等领域。我室通过将与氨酯键结构相似的动态硫氨酯键引入到聚氨酯中，成功制备出了力学性能优异的可自修复和再加工的交联型聚氨酯材料。首先通过理论计算证明了硫氨酯键比氨酯键具有更低的键能，进一步借助小分子模型，证明了硫氨酯键能够在温和条件下发生动态交换。基于硫氨酯键的动态特性，将异氰酸酯封端的聚氨酯（OCN-PU-NCO）前驱体和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯（TMPMP）通过硫醇-异氰酸酯（thiol-isocyanate）反应来制备含硫氨酯键的PTUU-Nx交联聚氨酯弹性体。该材料在室温环境下使用时具有良好的稳定性和优异的综合性能，受到损伤时又能够在温和的条件下激发其自修复能力，而当完成服役周期后又具有良好的可再加工性和可回收性。其中PTUU-N2样品能够有效地平衡机械性能和修复性能获得最佳的综合性能，在80 °C下修复3小时后，拉伸强度和断裂伸长率分别恢复至13.45 MPa和755%，其修复效率均达到95%以上。这种新型的动态共价键为设计与高分子性能相适应的自修复材料提供了借鉴。该文发表在Macromolecules上，第一作者是我室博士研究生范诚杰同学。
图1. （a）基于硫氨酯键的PTUU-Nx交联网络的化学结构示意图和（b）硫氨酯键的动态交换机理图
图2. PTUU-Nx交联网络的自修复和再加工过程
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00239
