【摘要】
具有高机械强度的高分子聚合物通常具有高结晶度和紧密缠结的链段，阻碍了断裂界面的自愈。最近，华南理工大学何明辉副研究员团队报告了由坚硬而坚固的聚（丙烯酰胺/氯化胆碱）和柔软且可逆的聚（丙烯酸/氯化胆碱）片段制成的坚硬、可自愈、透明的聚合物 (SSHTP) 材料。
通过两种可聚合的低共熔溶剂单体的光引发共聚，可以在 1 分钟内轻松制备 SSHTP，同时获得高透光率、优异的机械强度和自修复能力。由于微相分离聚合物基体中高密度氢键的协同相互作用，受损的SSHTPs可以在中等条件下自主自愈断裂，愈合后的SSHTPs可以承受大于自身重量500倍的压力而不会断裂。我们的研究为透明可愈合硬聚合物的设计提供了一种简单、可行和绿色的方法，该聚合物在各种工业和技术领域具有广阔的应用前景。相关论文以题为Stiff, Self-Healable, Transparent Polymers with Synergetic Hydrogen Bonding Interactions发表在《Chemistry of Materials》上。
【主图导读】
图1. 机械刚性、自修复、透明聚合物 (SSHTP) 的设计概念。(a) 用于SSHTPs的硬质和硬质聚（AAm/ChCl）和柔软且可拉伸的聚（AA/ChCl）的设计和制备过程。(b) SSHTP 愈合过程示意图。(c) SSHTP 基质中的氢键协同作用。
图2. SSHTP 的表征。(a) SSHTP 薄膜的紫外-可见光谱，平均透光率约为 94.8%。(b) PDES-1/1 和 AA/AAm-1/1 混合物（不含 ChCl）在 UV 聚合过程中的关键实时 FTIR 参数。(c) 紫外聚合前（橙线）和后（蓝线）PDES 的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。(d) SSHTPs 的差示扫描量热法 (DSC) 迹线、(e) X 射线衍射 (XRD) 光谱和 (f) 热重分析 (TGA) 热分析图。
图3. SSHTP 的机械性能。(a) SSHTP 薄板的承重试验。(b) SSHTP-1/1 的拉伸照片，显示软段和硬段明显分离。（c）SSHTPs 的拉伸应变-应力和（d）三点弯曲应力-应变曲线。(e) 储能模量 (G') 和损耗模量 (G") 作为 SSHTP 频率的函数。（f-h）具有各种软硬 PDES 单体摩尔比的 SSHTP 的 AFM 相位图像。
图4. SSHTPs 的自愈特性和整体性能。（a）自愈SSHTP的机械特性。(b) 自修复SSHTPs在80°C下24小时的拉伸应变-应力曲线。(c) SSHTPs 在 80 °C 下的自愈效率。(d) 两个独立的 SSHTPs 被切成两半，它们可以在愈合 24 小时后重新连接成一个新的 (i)。(e) 在 80°C 下具有不同愈合时间的愈合 SSHTP 的光学显微镜图像。(f) 这项工作与最近报道的机械强度和自愈性聚合物在透射率、模量、愈合效率和制备时间方面的比较。
总结
该团队已经展示了机械刚性、自修复和透明聚合物(SSHTPs) 的制备，其具有 >94% 的透射率、高拉伸强度 (65.74-108.13 MPa)、极端杨氏模量 (9.58-14.16 GPa) 和低断裂应变（仅 2.03%∼9.06%）。PDESs 的制造过程简单、快速（几分钟内）和绿色（无有机溶剂）。SSHTP 的机械强度可以通过调整聚合物基质中硬聚(AAm/ChCl)和软聚(AA/ChC)链段的比例来调整。由于聚合物基体中致密氢键的协同作用，SSHTPs可以在室温下部分愈合，在加热下可以进一步提高自愈合效率。团队相信这里提出的设计概念为制备坚硬、自修复和透明的功能材料提供了一种可行的方法，团队预计这项工作中报告的材料将有希望用于实际应用。
参考文献：
doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c01242
原文刊载于【高分子材料科学】公众号
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