受自然界生物體的啟發(fā)，賦予材料自愈合性能使材料對其損傷部位及時進行自修復(fù)，進而可以方便地提高材料的安全性和延長材料的使用壽命。自愈合概念已延伸至混凝土、陶瓷、金屬等材料范疇。有機高分子材料因其化學(xué)結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性，在自愈合功能的調(diào)控方面展現(xiàn)了特有的發(fā)展?jié)摿。但遺憾的是，目前可自愈合的高分子材料大都是基于非可降解或者難以降解的烯烴類聚合物。因此，研發(fā)性能優(yōu)異的具有可降解性能的自愈合材料，成為當(dāng)下趨勢。
近日，浙江大學(xué)伍廣朋研究員在前期嵌段型二氧化碳材料設(shè)計、合成和自組裝的工作基礎(chǔ)上(Macromolecules 2016, 49, 807；Nano Lett. 2017, 17, 1233；Macromolecules 2018, 51, 791)，通過學(xué)科交叉首次利用“一鍋法”高效制備了具有自愈合性能的嵌段型聚碳酸酯共聚物材料。相關(guān)論文發(fā)表在新一期的《Macromolecules》上 (Construction of Autonomic Self-Healing CO2-based Polycarbonates via One-pot Tandem Synthetic Strategy, Macromolecules, 2018, 51, 1308. )。
圖1. 嵌段型聚碳酸酯材料的一鍋法合成策略和材料成膜后的樣品
該研究工作中，作者利用三種高效的化學(xué)反應(yīng)：環(huán)氧烷烴的水解反應(yīng)、鏈穿梭聚合和烯烴-硫醇點擊反應(yīng)（圖1），實現(xiàn)了嵌段型聚碳酸酯基聚合物的高效定量制備。通過應(yīng)力-應(yīng)變測試，發(fā)現(xiàn)制備的嵌段型聚碳酸酯材料在室溫下愈合1 小時，材料的斷裂應(yīng)變、最大應(yīng)力和楊氏模量即可實現(xiàn)~90%的完全恢復(fù)，且材料展現(xiàn)了優(yōu)異的透明性。
圖2. 嵌段型聚碳酸酯材料自愈合實驗和對應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變測試曲線
作者通過NMR和FT-IR對自愈合機理進行了詳細探討，發(fā)現(xiàn)該材料強健的自愈合能力是酰胺之間的同種（homo-）氫鍵和聚碳酸酯骨架羰基和酰胺間的異種（hetero-）氫鍵共同作用的結(jié)果。
圖3. 嵌段型聚碳酸酯材料自愈合機理圖
上述研究首次拓展了二氧化碳材料在自愈合材料上的應(yīng)用，為可降解聚碳酸酯材料的功能化提供了新思路。博士研究生楊貫文為該論文的第一作者，浙江大學(xué)伍廣朋研究員和美國德州農(nóng)工大學(xué)Darensbourg教授為該論文的共同通訊作者，該研究得到了國家自然科學(xué)基金和浙江大學(xué)百人計劃的支持。
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