华南理工刘伟峰 Macromolecules：强韧型木质素基快速光热修复聚氨酯弹性体

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对长寿命耐用高分子材料的需求推动了可愈合高分子材料的发展，其愈合行为通常是在可逆非共价键或动态共价键的基础上利用光照或者加热实现的。热引发愈合缺乏精准的局部温度控制能力，且愈合时间较长；而光引发愈合需要向材料中引入光热转化介质，如纳米金属、碳材料、聚多巴胺等，其成本较高。最近，廉价的木质素被发现是一种优异的天然光热转化介质，利用木质素制备的高分子复合材料同样具有光热转化能力，在光照驱动下可应用于海水淡化、泄漏的原油回收、光热发动机等。受此启发，利用木质素部分替代石化基多元醇来制备木质素基聚氨酯，有望赋予聚氨酯材料光控愈合功能。另外，可愈合高分子材料的力学性能和愈合性能通常难以兼顾，如何制备出力学性能优异、愈合速度快且高愈合率的高分子材料，尤其是生物质基高分子材料，是一项难题。

最近，华南理工大学刘伟峰和广东工业大学邱学青教授团队开发了一种高强高韧且快速光控愈合的木质素基聚氨酯弹性体。该弹性体包含了由动态非共价键（氢键和配位键）和动态氨基甲酸酯键构成的双交联网络（图1），赋予了聚氨酯优异的力学性能、重加工性和愈合性能，其拉伸强度达31.4 MPa，断裂伸长率达1500%。将弹性体剪碎后重新热压成型，经过4次的重加工后，材料拉伸强度和断裂伸长率的保持率分别在85%和95%以上。研究还发现，金属配位键的引入极大地增强了木质素基聚氨酯的光热转化能力（图2），在近红外光（1.2 W/cm²）的照射下，材料表面温度在2 min内即可达到160 ℃，和不含配位键的样品相比，提高了约40℃。将聚氨酯材料切断，用近红外光照射使其愈合，经过10 min的照射即可实现98%的愈合率，表现出快速而优异的光控愈合性能（图3）。该工作探索了木质素在高性能可回收光驱动智能聚氨酯弹性体中的新应用。

图1. 动态双交联网络结构示意图

图2. 木质素基聚氨酯弹性体的光热转化性能

图3. 木质素基聚氨酯光控愈合性能

该研究成果“Tough and Fast Light-Controlled Healable Lignin-Containing Polyurethane Elastomers”近期发表在高分子期刊Macromolecules，论文第一作者为博士研究生王海旭，通讯作者为华南理工大学刘伟峰研究员。木质素是第二大天然高分子，来源广泛，价格低廉，绿色可降解，该工作阐述了木质素作为天然的光热转化介质和功能性大单体原料在功能聚氨酯材料中的应用，为今后高性能的生物质基聚氨酯的功能化设计提供了借鉴。

论文链接地址：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.2c01401

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