リサイクル可能で自己修復性があり、熱的・機械的性能が改善された高可鍛性ポリウレタンウレア

Recyclable, Self-healable, and Highly Malleable Poly(urethane-urea)s with improved Thermal and Mechanical Performances.

• Shujuan Wang
• Yingfeng Yang
• Hanze Ying
• Xinli Jing
• Bin Wang
• Yanfeng Zhang
• Jianjun Cheng

抄録

リサイクルが可能で、自己修復性があり、可鍛性に優れた熱硬化性樹脂を開発することは、環境汚染を緩和し、「環境に優しい」材料への需要の高まりに対応するための鍵の一つです。ヒンダード尿素結合(HUB)は、これらの望ましい特性を持つ動的共有結合ネットワークの構築に成功しています。しかし、これまでに報告されているシステムでは、熱安定性が低く、機械的性能が低いという欠点がありました。本研究では、芳香族化合物を含むジアミンベースのHUBを組み込むことで、PUUの熱的・機械的性能を大幅に向上させつつ、望ましいリサイクル特性,自己修復特性,再処理特性を維持できることを実証した。モデル化合物を用いた研究により、熱安定性の起源を明らかにし、動的特性を実証した。次に、芳香族含有ジアミンベースのHUBを用いて、熱的及び機械的特性を改善した一連の無触媒ポリウレタンウレア(PUU)を調製した。動的HUBは緩和時間スケールを大幅に減少させ、PUUネットワークを複数回リサイクルすることを可能にした。硬化してリサイクルされたPUUは、元の材料の機械的強度と完全性の大部分を取り戻した。したがって、このユニークでシンプルなアプローチは、様々な用途に最適な性能を持つPUUを設計するための新たな道を開くものと期待されています。

Developing recyclable, self-healable and highly malleable thermosets is one of the keys to relieve environmental pollution and meet our increasing demand for "greener" materials. Hindered urea bonds (HUBs) have been successfully incorporated in preparing dynamic covalent networks with those desirable properties. However, one key drawback is the low thermal stability and poor mechanical performance of previously reported systems. In this work, we demonstrated that the incorporation of aromatic-moiety-containing diamine based HUBs can greatly improve the thermal and mechanical performance of the PUUs while still maintaining the desirable recycling, self-healing and reprocessing properties. Studies on model compounds revealed the origin of the thermal stability and demonstrated the dynamic property. The aromatic-containing diamine based HUBs were then used to prepare a series of catalyst-free poly(urethane-urea)s (PUUs) with improved thermal and mechanical properties. The dynamic HUBs significantly reduced the relaxation time scale and allowed the PUU networks to be recycled multiple times. The healed and recycled PUUs regained most of the mechanical strength and integrity of the original material. Therefore, this unique and simple approach is expected to open up new avenues to design PUUs with optimal performance for various applications.