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港中大（深圳）朱世平、朱賀團(tuán)隊(duì) AFM: 耐低溫、抗老化和耐溶劑的高性能聚氨酯彈性體
2025-03-17  來源：高分子科技
  彈性體材料在工業(yè)、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值，但其在極端低溫（如溫度低于-80 ℃）、長期老化及溶劑侵蝕等復(fù)雜環(huán)境下的性能不足嚴(yán)重限制了實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，香港中文大學(xué)（深圳）朱世平、朱賀團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種基于全氟聚醚（PF）軟段與鄰苯二酚功能化擴(kuò)鏈劑（TPA）的聚氨酯彈性體（PFTA）。該材料具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（約為?115 ℃）、優(yōu)異的抗老化性能且在多種常見溶劑中均表現(xiàn)出極低溶脹率。


圖1.聚氨酯彈性體的設(shè)計(jì)和制備過程。


  首先，作者對(duì)所制備的聚氨酯彈性體材料進(jìn)行了系統(tǒng)的耐低溫性能表征，相對(duì)于商用彈性體，所制備的PFTA彈性體能輕松應(yīng)對(duì)-80 ℃的低溫循環(huán)拉伸。即使低至-100 ℃，PFTA也能承受多個(gè)循環(huán)而不斷裂（圖2a-2e）。在-80 ℃低溫壓縮彎折測試中，商用聚氨酯彈性體單次彎折即脆性斷裂，商用抗凍硅橡膠在經(jīng)歷12次彎折后也發(fā)生了明顯的塑性形變而斷裂，但PFTA在經(jīng)歷1000次彎折后仍然保持彈性且不被破壞。即使面對(duì)液氮條件下，PFTA彈性體也能展現(xiàn)出良好的柔韌性（圖2f-2h）。


圖2. 彈性體的耐低溫性能表征。


  接著，作者對(duì)所制備的彈性體材料的抗老化性能和耐溶劑性能進(jìn)行了表征。首先，對(duì)所制備的含鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的席夫堿TPA進(jìn)行了自由基捕捉表征，發(fā)現(xiàn)TPA具有良好的自由基捕捉能力（圖3a），展現(xiàn)出抗老化潛力，且作者對(duì)其抗老化性能機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)地EPR研究（圖3b-3d）。因此，基于TPA制備的彈性體也具有良好的抗老化能力，鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的存在減緩了聚氨酯彈性體分子結(jié)構(gòu)的破壞，在一星期的紫外和熱氧老化條件下，材料仍能保留良好的形貌和力學(xué)性能（圖3e-3i）。最后，作者對(duì)材料的耐溶劑性能進(jìn)行了測試，由于全氟聚醚結(jié)構(gòu)的存在，所制備的材料有良好的耐溶劑性能。綜上所述，鄰苯二酚結(jié)構(gòu)和全氟聚醚的結(jié)合為開發(fā)耐低溫和耐老化等極端條件使用的彈性體材料提供了合適的方案。


圖3. 聚氨酯彈性體耐老化和耐溶劑性能表征。


  該研究成果“High-Performance Elastomer with Excellent Resistance to Low Temperature, Aging and Solvent”近期發(fā)表在 Advanced Functional Materials上，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院博士畢業(yè)生郭西偉為論文第一作者（現(xiàn)工作于武漢紡織大學(xué)），通訊作者為香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院朱世平教授和朱賀助理教授。


  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202501171

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