通訊作者 ： 馬春風(fēng)，張廣照， 華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

作者 ： Zhipeng Zhang (張志鵬)，Lu Qian (錢露)，Jianfeng Cheng (成建灃)，Qingyi Xie (謝慶宜)，Chunfeng Ma (馬春風(fēng))，Guangzhao Zhang (張廣照) 

聚脲因其具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、韌性和沖擊硬化行為而被廣泛用于沖擊防護(hù)領(lǐng)域。然而，異氰酸酯與氨基的反應(yīng)速率非?？?，幾秒內(nèi)就會凝膠化。因此，聚脲的合成需要嚴(yán)苛的反應(yīng)條件（如低溫，大量的極性溶劑，緩慢地滴加等）。工業(yè)上往往采用特定噴涂機(jī)實現(xiàn)原位形成聚脲，然而該方法存在施工場景受限、結(jié)構(gòu)調(diào)控性差、功能化單一等問題。為降低反應(yīng)速度，可以通過使用仲胺與異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng)來降低活性，由此產(chǎn)生的仲胺-聚脲與伯胺-聚脲相比，氫鍵密度降低，其機(jī)械強(qiáng)度也大幅度下降。到目前為止，在不損失聚脲機(jī)械強(qiáng)度的情況下，如何減緩聚脲的反應(yīng)速率仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

近日， 華南理工大學(xué)海洋工程材料團(tuán)隊 設(shè)計合成了一種可大規(guī)模制備的單組分自修復(fù)聚脲防護(hù)材料。首先通過脂肪族伯胺與異丁醛的希夫堿反應(yīng)合成了潛伏型封閉氨。然后，它們直接與異氰酸酯組分混合。這種混合物在密閉條件下是不固化的，但在應(yīng)用中一旦接觸濕氣就會觸發(fā)固化。因此，它被稱為單組分聚脲。該聚脲材料表現(xiàn)出優(yōu)異的室溫自修復(fù)特性，愈合效率高達(dá)98%。同時，它具有很好的抗穿刺性，被尖銳物體刺穿的位移高達(dá)15.1厘米。此外，該聚脲還表現(xiàn)出優(yōu)異的抗沖擊性和耗散能量的能力并展現(xiàn)出顯著的沖擊硬化行為。該單組分聚脲可以被復(fù)合到Kevlar織物中，形成一種柔性的抗穿刺軟質(zhì)裝甲；并與碳納米管相結(jié)合，形成柔性可穿戴的應(yīng)變傳感器。有望在智能軟材料、軟質(zhì)裝甲、可穿戴柔性傳感器等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

研究人員選擇了聚脲領(lǐng)域中常見的4種伯胺進(jìn)行單組分聚脲的制備。在席夫堿反應(yīng)中，醛的活性高于酮，而異丁醛的沸點較低，固化后不會殘留在材料中。因此，選擇異丁醛來封閉胺，以便在濕氣的作用下完全解封。潛伏型封閉氨與基于NCO封端的預(yù)聚物（PPGTD）混合，這樣的混合物在密封條件下是不固化的。但在濕氣存在的情況下，封閉的氨基逐漸解封，與PPGTD固化成膜。從FTIR可以看出封閉的氨基在濕氣的作用下逐漸解封。單組分聚脲與潛固化劑可以大量制備并且該聚脲表現(xiàn)出高透明度。