推进环保型水性聚氨酯弹性体(WPUEs)的开发可以显著减少对有机溶剂的依赖，这对环境保护至关重要。然而，在WPUEs中实现优异的机械性能和自愈能力是一个相当大的挑战。从扇贝丝线中观察到的分层动态结构中获得灵感，本研究开发了一种高强度超分子水性聚氨酯弹性体(SWPUE)，命名为SWPU-DESH-Zn。由于通过二硫键精确调节了酰基氨基脲(ASC)片段的氢键状态，并在羧基和锌离子之间形成配位相互作用，制备的弹性体的机械强度达到52.07 MPa，与溶剂型聚氨酯弹性体相当。此外，它还表现出显著的自愈能力和良好的再加工能力。同时，还以SWPU-DESH-Zn为基体制备了高性能离子表皮和电磁干扰屏蔽材料，进一步说明了其潜在的应用前景。这种新颖的仿生方法，灵感来自扇贝的大丝线，为设计具有增强机械性能的可愈合水性聚合物提供了有价值的见解。
机理
受扇贝丝线的分层动态结构的启发，开发了一种机械坚固、可修复和可加工的超分子水性聚氨酯弹性体(SWPUE)，命名为SWPU-DESH-Zn。该材料包含动态二硫键、ASC和配位相互作用，机械强度为52.07 MPa，韧性为257.40 MJ m−3(图1b)。它的抗拉强度与坚固的溶剂型超分子聚氨酯弹性体相当。在ASC片段中插入二硫键有效地优化了ASC片段之间的结合能和H键的成键分数，从而避免了超分子相互作用的过度聚集，使拉伸过程中的能量耗散更有效。聚合物链上羧基的存在保证了SWPU-DESH-Zn的水分散性，并作为配体与锌离子配合，进一步交联，增强弹性体。
图解
图1:a)栉孔扇贝的粗线结构。b) SWPU-DESH-Zn的聚合物结构。
图2：a) SWPU分散体的粒度，插片显示四种SWPU分散体的数码照片。b) SWPU分散体的颗粒形态。c) SWPU弹性体的FTIR光谱。d) SWPU-DESH-Zn截面EDS图。e) S2p和f) O1s的XPS光谱。
图3：a) SWPU弹性体典型应力-应变曲线。b) SWPU-DESH-Zn与文献报道的其他WPU弹性体的强度和韧性比较。c) SWPU弹性体的典型真应力-应变曲线。d) SWPU弹性体力学性能综述。e) SWPU-DESH-Zn的力位移曲线。f)非缺口和缺口SWPU-DESH-Zn的典型应力-应变曲线。
图4：a) SWPU弹性体在C=O拉伸振动区的FTIR光谱。b) S-S、HEDSHEDS、ADH-ADH、DESH-DESH二聚体和COOH-Zn2+的结合能和氢键长度。c) SWPU弹性体的AFM相图。d) SWPU弹性体在循环拉伸试验中的耗散能量。e) SWPU-DESH-Zn在0%、200%、400%和600%菌株下的二维SAXS和f)二维WAXS。g)数码照片为手动拉伸至≈300%的SWPU-DESH-Zn的美白过程及其缩回状态。
图5：a)原始和修复后的SWPU-DESH-Zn应力-应变曲线。b) SWPU-DESH-Zn在1600-1800 cm−1范围内从30°C加热到150°C时的VT-FTIR光谱。30°c ~ 150°c加热条件下，SWPU-DESH-Zn的2D-COS同步图和d)异步图。e)从30°C加热到150°C，在3150-3500 cm−1范围内，swpu - dash - zn的VTFTIR光谱。f) SWPU-DESH-Zn弹性体热压回收第一、二、三次循环的应力-应变曲线。
图6：a) SWPU-IL30的EDS图谱。b)原始和愈合后的SWPU-IL20的应力-应变曲线。c)原始和愈合后SWPU-IL30的ΔR/ r0应变曲线。原始菌株和愈合菌株SWPU-IL30在d)小菌株和e)大菌株下的相对耐药性变化。f) SWPUIL30在50%应变下的1000次循环拉伸试验。g)， h)， i)， j)为SWPU-IL30的人体运动监测。
图7：a) WPU-CF1表面的SEM图像，插图为SWPU-CF1的数码照片。b) SWPU-CF复合材料的应力-应变曲线。c) SWPU-CF复合材料的抗拉强度和杨氏模量曲线。d) SWPU-CF复合材料的EMI屏蔽性能。e) SWPU-CF复合材料的回收过程。
结论
综上所述，受扇贝基底线分层动态结构的启发，合成了机械强度高的SWPUDESH-Zn。该弹性体的抗拉强度为52.07 MPa，韧性为257.40 MJ m−3。在ASC基团中加入二硫键优化了氢键状态，增强了它们在聚合物链中的强度。此外，锌离子与羧基之间的配位作用进一步提高了弹性体的可逆交联性能。这些丰富的超分子相互作用在拉伸过程中充当能量耗散单元，有效地耗散能量并使弹性体增韧。SWPU-DESH-Zn在与导电离子液体结合或与碳纤维织物层合时作为电磁干扰屏蔽材料的高性能应用中表现出了潜力，在各个领域都有广阔的应用前景。
注：仅代表小编个人观点，如有侵权请联系小编删除或修改！
扫二维码 关注我们
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202413083
