电子科大崔家喜教授课题组《Polymer》：自修复、可重加工、可降解的韧性全动态硅橡胶

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动态聚合物网络是一类重要的分子网络结构，具有此类结构的聚合物往往被赋予自愈合、形状记忆、重加工及可降解回收等性能。随着对动态聚合物网络的制备及功能特性的深入理解和研究，越来越多类型的动态聚合物网络被设计和制备出来。通常情况下，研究人员是通过分子设计在聚合物网络的交联点或者主链结构上插入动态键（比如氢键、Diels-Alder键、静电相互作用、可逆链交换酯键等）来实现聚合物网络的可逆动态性能，动态键位置对材料的动态性能有特定的影响，而且不同的动态键类型也具有不同的特性。如果能同时在聚合物的交联点及主链上引入不同特性的及动态键，那么得到的动态交联网络将具有更优异的动态性能及综合性能，甚至在保持机械性能的前提下具有更好的动态性能（比如室温自修复）。目前将不同的动态键机制结合到一个聚合物网络系统的策略主要基于使用两个独立的功能单元，这将使分子设计显着复杂化。因此，设计一个结合不同动态键模式的简单系统，在提高网络动态性能的同时并保持材料的其他功能特征仍是一个挑战。

电子科技大学崔家喜教授团队近日提出了一种“one to three”的动态聚合物网络设计概念，采用两种试剂通过简单的本体开环聚合在温和的试验条件下制备了一种高韧性的全动态硅橡胶（dPDMS）。其中一种试剂八甲基环四硅氧烷（D4）为单体，另一种试剂双(四甲基铵)-低聚二甲基硅氧烷二酸酯(BTMASA)则先后作为聚合引发剂、物理交联点功能剂、动态性能催化剂在聚合物网络中发挥作用。制备得到的硅橡胶聚合物网络交联点及主链上分别具有两种不同的动态键（静电相互作用聚集形成物理交联，BTMASA催化主链发生动态酯交换）。这种制备过程简单得到的材料分子结构确很丰富的动态聚合物网络设计概念为多重动态聚合物网络的设计提出了新思路。相关工作以“Tough omni-dynamic silicone rubbers with excellent self-healing, elasticity, remoldability, and degradability”为题，发表于近期的《Polymer》杂志。

图1.全动态硅橡胶聚合物网络结构示意图及反应机理 。

通过该方法制备的全动态硅橡胶具有优异的回弹性和韧性，循环拉伸或压缩后材料的应力应变曲线重复性仍然很好，进一步的，经过上万次形变量高达85%的循环压缩，材料的压缩强度依然没有明显的变化（图2 d），即便是用锋利的刀片压缩样品，去除加载后，样品仍能快速恢复原样（图2e）。

图2. dPDMS的机械性能

图3. dPDMS的机械性能自修复性能及重加工性能

由于所制备的全动态硅橡胶dPDMS主链上具有可被BTMASA催化进行室温链交换反应的动态酯键，且交联点为由四甲基铵官能团通过静电相互作用聚集形成的动态物理交联，该工作所报道的材料还具有优异的自修复性能及重加工性能（图3）。

图4. dPDMS油凝胶的可降解回收性

除了自修复性能和重加工性能，当dPDMS中溶胀一定量的硅油，得到的油凝胶还具有优异的可降解回收特性。该油凝胶在室温下具有一定的稳定性，当对油凝胶进行加热处理时，在静电相互作用聚集的交联点打开，同时硅油分子参与到主链的链交换反应中，进一步加热到150℃后四甲基铵官能团也发生分解，油凝胶完全降解成低粘度的硅油（~180 cSt），无需进一步处理可直接使用（图4a）。

电子科技大学在读博士生董士华为该论文第一作者，通讯作者为崔家喜教授和成都大学杨莉研究员。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0032386121010570

作者团队简介：

崔家喜教授，主要研究方向包括动态软材料、响应性高分子、仿生材料、高性能水凝胶、生物材料等领域。以第一作者/通讯作者在 Nature Materials, Nature Communications, Advanced Materials JACS, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, Material Horizons等国际著名期刊发表学术论文90 多篇，作为主要发明人获得美国专利授权 2 项，H 因子 26。编写英文专著（章节）2 部。

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