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High strength, high stiffness and toughness, defect-tolerant waterborne polyurethane with healing and antibacterial abilities
Journal of Polymer Science ( IF 3.9 ) Pub Date : 2023-09-23 , DOI: 10.1002/pol.20230423 Shanshan Li 1 , Xinghuan Lin 2 , Shuling Gong 1
Journal of Polymer Science ( IF 3.9 ) Pub Date : 2023-09-23 , DOI: 10.1002/pol.20230423 Shanshan Li 1 , Xinghuan Lin 2 , Shuling Gong 1
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The nature creates many biomaterials such as spider silk which exhibits a combination of stiffness, strength and toughness. However, most of synthetic unfilled materials suffer from a trade-off between toughness and stiffness. Inspired by the structure of spider silk but beyond it, we proposed a novel molecular design to achieve transparent unfilled waterborne polyurethane (WPU) with simultaneously enhanced stiffness (280.9 MPa), tensile strength (25.1 MPa) and toughness (140.0 MJ/m3) as well as good elasticity (710%). The designed WPU comprised homogeneous continuous phase (soft segments) and diverse H-bonds (hard segments) dispersed in it. The increase of rigid molecular chain content and H-bonds contributed to the high stiffness of WPU. Furthermore, the mismatch of stiffness between hard domains and soft segments might promote crack deflection and branching, which endowed the robust WPU with fracture energy of 81.16 kJ/m2. The robust WPU film could be healed to recover most of its original mechanical properties (strength for 24.4 MPa and elongation for 610%) under heating. In addition, the WPU films demonstrated good antibacterial performance against Staphylococcus aureus and Escherichia coli after chlorination.
中文翻译：
高强度、高刚度、高韧性、耐缺陷、具有愈合和抗菌能力的水性聚氨酯
大自然创造了许多生物材料，例如蜘蛛丝，它表现出刚度、强度和韧性的结合。然而，大多数合成未填充材料都面临着韧性和刚度之间的权衡问题。受蜘蛛丝结构的启发，但除此之外，我们提出了一种新颖的分子设计，以实现透明的无填充水性聚氨酯（WPU），同时增强刚度（280.9 MPa）、拉伸强度（25.1 MPa）和韧性（140.0 MJ/m 3）以及良好的弹性（710%）。设计的WPU由均质连续相（软链段）和分散在其中的不同氢键（硬链段）组成。刚性分子链含量和氢键的增加有助于WPU的高刚度。此外，硬域和软段之间的刚度不匹配可能会促进裂纹偏转和分支，这使得坚固的WPU具有81.16 kJ/m 2的断裂能。坚固的 WPU 薄膜在加热下可以愈合并恢复其大部分原始机械性能（强度为 24.4 MPa，伸长率为 610%）。此外，WPU薄膜在氯化后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出良好的抗菌性能。
更新日期：2023-09-23
中文翻译：
高强度、高刚度、高韧性、耐缺陷、具有愈合和抗菌能力的水性聚氨酯
大自然创造了许多生物材料，例如蜘蛛丝，它表现出刚度、强度和韧性的结合。然而，大多数合成未填充材料都面临着韧性和刚度之间的权衡问题。受蜘蛛丝结构的启发，但除此之外，我们提出了一种新颖的分子设计，以实现透明的无填充水性聚氨酯（WPU），同时增强刚度（280.9 MPa）、拉伸强度（25.1 MPa）和韧性（140.0 MJ/m 3）以及良好的弹性（710%）。设计的WPU由均质连续相（软链段）和分散在其中的不同氢键（硬链段）组成。刚性分子链含量和氢键的增加有助于WPU的高刚度。此外，硬域和软段之间的刚度不匹配可能会促进裂纹偏转和分支，这使得坚固的WPU具有81.16 kJ/m 2的断裂能。坚固的 WPU 薄膜在加热下可以愈合并恢复其大部分原始机械性能（强度为 24.4 MPa，伸长率为 610%）。此外，WPU薄膜在氯化后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出良好的抗菌性能。
京公网安备 11010802027423号