北化工岳冬梅教授：开发可回收利用的生物基杜仲胶弹性体

杜仲胶的分子链规整，常温下易结晶，具有独特的橡塑二重性。通过硫化交联，杜仲胶可作为高性能塑料、形状记忆材料和弹性体材料使用。化学改性还可以使杜仲胶表现出高弹性，从而拓宽其应用领域。然而，由于共价交联网络的存在，硫化后杜仲胶很难进行重复加工和回收利用，将会造成一定的环境污染和浪费。

北京化工大学先进弹性体材料研究中心岳冬梅教授团队以生物基杜仲胶作为原材料，首次通过引入半互穿动态网络结构（semi-IDN），制备出一种兼具高强度、形状记忆、自修复和可回收性能的多功能弹性体。该弹性体具有优异的拉伸性能(~876%)、优异的机械强度(~12.1 MPa)、良好的自愈性能、固体塑性和形状记忆性能；不仅可以通过热压重复加工(三次重复加工后拉伸强度仍保持 92%)，还可以通过还原二硫键实现化学回收。

此外，以此弹性体为基体，将羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)喷涂在其表面还可以制备出一种柔性导电器件，该器件损伤后具有良好的导电性自修复能力。

该研究以生物基杜仲胶（EUG）为原料，首先对其进行环氧化改性制备环氧杜仲胶(EEUG)，使其表现出高弹性；随后将制备的 EEUG 与部分未改性的 EUG 共混，并以环氧基团作为交联点，使用二硫代对苯二甲酸（DTSA）进行交联，构建二硫键交联的半互穿动态网络，制备出一种新型弹性体材料（Ex-DTSAy）。通过红外光谱和 AFM 对结构和相态进行了确认，结果表明 Ex-DTSAy 为海岛结构，连续相为 EEUG 动态交联网络，保证了材料的高弹性；分散相为线性 EUG，保证了材料的高强度 。

通过改变 EUG 的共混比例和 DTSA 用量，可实现 Ex-DTSAy 机械性能的调控，使其拉伸强度最高可达 12.1MPa, 断裂伸长率达 876%，并且不引起材料的玻璃化转变温度的升高。与其它可重复加工的弹性体材料相比，本研究制备出的弹性体断裂伸长率更高，玻璃化转变温度更低。

研究者通过应力松弛验证了 Ex-DTSAy 交联网络的动态性。研究发现温度越高，Ex-DTSAy 应力松弛速度越快；符合 Arrhenius 方程，活化能为 71.6KJ/mol。在 155℃ 时，交联网络主要通过二硫键交换反应进行拓扑结构重构。由于半互穿网络结构中线性 EUG 的结晶性，Ex-DTSAy 具有形状记忆功能。通过加热至 60℃ 后编辑形状，随后降温至室温就可固定临时形状；当温度再次升到 60℃ 时就可以恢复原始形状。此外，通过二硫键的交换反应，加热至 155℃ 可实现永久形状的重构。

因为二硫键的交换反应，Ex-DTSAy 具有重复加工性能，三次热压重复加工后拉伸强度仍保持 92%。同时，利用三丁基磷将二硫键还原为巯基，可使交联网络解交联，实现化学回收；回收橡胶化学结构基本不变。

研究证明， Ex-DTSAy 具有自修复性能。表面划痕在 120℃ 下 30 分钟就可以完成自修复；将样品切断再重新拼接，在 120℃ 下修复 24 小时，修复后的样条可以承受 1Kg 的重物。以此弹性体为基体，将羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)喷涂在其表面还可以制备出一种柔性导电器件，该器件损伤后具有良好的导电性自修复能力。

研究者以生物基杜仲胶为原料，通过构建半互穿动态网络结构，制备出了一种兼具高强度、形状记忆、自愈合和可回收的多功能弹性体。该研究为制备高强度重复加工材料提供了新的方法，所制备的弹性体在新一代绿色橡胶和柔性可穿戴设备中具有广阔的应用前景。

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