Aromatic disulfide-induced self-reinforcing polyurethane elastomer with self-healability

材料科学 弹性体 韧性 自愈 聚氨酯 极限抗拉强度 氢键 复合材料 自愈材料 胶粘剂 高分子化学 有机化学 化学 分子 医学 病理 替代医学 图层(电子)
作者
Yanlong Luo,Jialiang Chen,Gaohua Situ,Chichao Li,Chenrui Zhang,Fanzhu Li,Cheng‐Hui Li,Zhenyang Luo,Xi Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:469: 143958-143958 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143958
摘要

Developing new strategies to improve the mechanical robustness of self-healing polymer materials to meet engineering requirements remains a great challenge and research focus. Herein, a self-reinforcing strategy of self-healing polyurethane (PU) elastomer is presented to achieve simultaneous giant tensile strength (33.3 ± 1.7 MPa) and toughness (141.9 ± 3.7 MJ m−3). Two chain extenders, diethyl 2,2-bis(hydroxymethyl)malonate (BDMH) and bis(4-hydroxyphenyl) disulfide, are elaborately regulated in the molecular structure to balance the mechanical and self-healing properties. On the one hand, BDMH containing abundant ester groups provide a large number of hydrogen bond (H-bond) acceptors. On the other hand, the incorporation of aromatic disulfide forms reversible hierarchical H-bonds confined to loosely-stacked hard domains and improves the physical crosslinking density, thus realizing the self-reinforcing of PU elastomer based on the strain-induced crystallization (SIC) of polytetramethylene ether glycol (PTMEG) as the soft segment. Hierarchical H-bonds with dynamic nature acting as sacrificial bonds can dissociate and regenerate and dissipate a large amount of energy, thus contributing to mechanical robustness and self-healing properties. In addition to constructing a self-healing PU elastomer with mechanical robustness, a remarkable progress over previous work is that we perform fundamental study at the molecular level and reveal the three-stage evolution of H-bonds and aggregation structure during stretching, thus revealing the SIC behavior and mechanism, which provides a theoretical basis for the strengthening and toughening of self-healing PU elastomer.
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