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  開發可降解和可回收的熱固性聚氨酯有助于節約資源和保護環境，是目前研究的熱點。雖然已有研究通過動態交聯劑來制備這類型聚氨酯，但是其各項性能之間的平衡仍有待提高。近日，中北大學王智教授課題組針對這一問題在《Chemical Engineering Journal》期刊發表名為：“High-Performance Easy-Degradable and Recyclable Thermosetting Polyurethanes via Dynamic Cross-Linking and Abundant Hydrogen Bonding for Foam Sensor Applications”的文章。作者提出了利用動態交聯鍵提供長期穩定性、氫鍵負責短期響應性的特點，協調了熱固性聚氨酯的降解效率和多方面性能之間的矛盾，為高性能熱固性聚氨酯高效回收提供了新的思路。

  本研究首先利用富含氫鍵供體和受體的擴鏈劑己二酰二肼（AD）合成聚氨酯預聚物，在聚氨酯結構內生成豐富的氫鍵。然后以硼酸（BA）作為動態交聯劑，形成熱固性聚氨酯（IP-AD-BA1）。IP-AD-BA1網絡不僅含有豐富的動態交聯還具有豐富的氫鍵，這能夠顯著地提高材料的性能。

圖1 熱固性聚氨酯的制備及其分子結構示意圖

  得益于動態交聯和氫鍵的協同作用，IP-AD-BA1在熱穩定性、抗拉強度、延性和韌性方面取得了顯著的平衡（抗拉強度51.1 MPa，韌性152.1 MJ m^-3，5%失重溫度為322.5 °C））。與其他可回收的同類型熱固性聚氨酯相比，雖然一些類似的聚氨酯表現出更優異的抗拉強度，但它們在熱穩定性和延展性方面往往存在明顯的缺點。相比之下，IP-AD-BA1在這些關鍵性能之間實現了相對平衡。

圖2 熱固性聚氨酯熱穩定性以及力學性能

  除此之外，由于AD通過額外的氫鍵增強了聚合物網絡，有效地解決了動態硼氧鍵導致的彈性降低的問題。聚合物網絡中的氫鍵就像彈簧一樣，當材料受到外力時產生回彈力。這種機制為IP-AD-BA1提供了優異的彈性性能，確保了在循環載荷下的優異穩定性和耐久性。

圖3熱固性聚氨酯的回彈性能

  由于硼氧鍵和氫鍵的動態可逆性，IP-AD-BA1具有優異的降解和回收性能。粉碎后的IP-AD-BA1樣品可以在110 °C，15 MPa，5 min的熱壓下成功重塑和回收，且其各項性能得到保持。

圖4 熱固性聚氨酯的回收性能

  由于硼氧鍵的動態性質，即使在乙醇溶劑中IP-AD-BA1也能完全降解。降解后，通過去除乙醇溶劑，該材料可以轉化為透明的線性聚氨酯塑料薄膜。降解機理為硼氧鍵在乙醇中水解，破壞了與聚氨酯預聚物的連接，使聚氨酯網絡由交聯狀態變為線性狀態。

圖5 熱固性聚氨酯的降解性能

  得益于IP-AD-BA1優異的回彈性能，還以IP-AD-BA1為基體制備了泡沫傳感器，用來檢測應變和應力。除此之外，這種泡沫傳感器還可以通過熱壓進行回收，形成柔性薄膜導體，這種柔性薄膜也具有出色的機械性能。

圖6 熱固性聚氨酯的應用

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725041117