21世纪重要新材料——超分子弹性体！需要了解最新SBS SEBS SIS SEPS系列牌

传统意义上的弹性体，按照交联方式的不同可以分为两大类：第一大类为大分子长链通过共价键进行化学交联（如单硫键或多硫键、碳碳键），传统硫化型橡胶为其代表；另一大类则为柔性大分子链通过结晶微区交联，属物理交联，以热塑性弹性体为其代表。

来自法国的诺奖得主Lehn于1978年首次提出了超分子化学(Supramolecular Chemistry)的概念：“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学。因此，超分子被定义为两个或以上的化学物种通过分子间非共价键作用力缔合而形成的更复杂的有组织实体，而超分子化学是指通过分子间的非共价键链接作用而形成高分子聚合物的化学。

▲超分子聚合物水凝胶

超分子聚合物通常指基本的小分子单体或低分子聚合物通过非共价键的相互作用自组装而成的聚合物。非共价键的结合通常具有一定选择性，不与其他化学键结合，不易产生错误结构或其他副产物。另外，pH、温度、光照等因素会导致非共价键的解离和重组，并具有可逆性，因此超分子聚合物可以作为自修复、自愈合与智能材料。

超分子聚合物具有以下优点：

(1)环境相应性；

(2)自愈合性；

(3)结构规律；

(4)可重复多次加工和使用。

超分子聚合物中的主要作用力包括有氢键、芳香堆积作用（又称π-π堆积作用）、金属配位键和离子键。这也可以作为超分子聚合物分类的标准。

氢键作用

氢键，基本结构式为X-H…Y，是通过质子供体（Proton donor, D）与质子受体（Proton acceptor, A）间的相互作用形成的。质子供体即X-H，质子受体即含孤对电子的Y。单一氢键的键能与范德华力较接近，比普通化学键的键能小很多，键能为0~40kJ/mol，且氢键具有方向性、可逆性与选择性。因此，基于氢键作用的超分子弹性体种类多样，深受关注。

多重氢键

与共价键相比，单个氢键的键能很小，且通常处于动态平衡状态，故此类超分子聚合物抗蠕变性能较差，长时间外力作用下结构会发生变化并丧失原有功能。但含有多个氢键（2个或更多）的多重氢键组合基元，其氢键的结合常数会有很大幅度的提高，超分子聚合物的抗蠕变性能提高，可作为稳定的弹性体材料使用。

脲基嘧啶酮

脲基嘧啶酮体系又称Upy。Upy体系中含有脲基，故其热分解温度较高，一般在230~250℃才开始分解。针对超分子弹性体而言，由于Upy体系具有强相互作用的四重氢键，所以含Upy体系的超分子弹性体具有较好的抗蠕变性能和机械强度。

Folmer和Meijer等通过异氰酸根与羟基间的反应，将Upy官能团引入至乙烯丁烯共聚物（PEB）的端基上。PEB在进行Upy官能化后，状态较未封端前发生了明显的变化，从粘性液体转变成了弹性固体。

▲超分子液体转化成固体

Dankers等首先合成了含两个Upy端基及三个Upy端基的聚碳酸酯，即前者为线性Upy封端聚碳酸酯，后者则为支化Upy封端聚碳酸酯。将两者共混后，制备了网状超分子交联聚合物。氢键具有热可逆性，因此这种材料具有良好的加工性能。另外，此材料还具有良好的生物相容性，可以应用于生物医用材料及组织工程领域。

▲生物用超分子弹性体机理

超分子材料是当今材料科学研究的热点之一，经过近20来年的发展,取得了很大的进展，很有可能成为一种21世纪的重要新材料。今后面临的课题是，如何积极地利用超分子材料独有的新物性，以便在更广泛的领域如液晶弹性网络、人工生物弹性敷料、超分子弹性纳米材料、形状记忆材料等进行应用。

参考文献：Lehn J.M. Supramolecular chemistry: receptors, catalysts and carriers[J]. Science, 1985, 227(4689): 849-856.等

Acknowlegement：Tony Wu，SCUT.

来源：材料前沿科技

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