近日，中国林科院林化所生物质功能高分子材料团队等设计了一种新型油脂基超分子聚氨酯。该材料创新性地引入了“动态开关”（动态二硫键与氢键）和“刚柔平衡网络”（蓖麻油长脂肪链+多酚功能化木质素）的协同结构。得益于这一设计，聚氨酯不仅具有优异的力学性能（拉伸强度可调、高韧性），还实现了87%的自修复效率和高效的可回收性。木质素固有的芳香结构赋予材料100%的紫外屏蔽效率和高达153℃的光热转换能力。通过实验与理论模拟相结合，阐明了氢键和二硫键的协同机制。该研究为生物基聚氨酯在智能响应和可持续材料领域的应用提供了新的设计思路。相关工作以“Tailoring Supramolecular Polyurethane Featuring Bio-based Rigid-Flexible Segment Hybrids with Intrinsic Photothermal Conversion and UV-Blocking”为题发表在Science合作期刊《Research》期刊上。

传统聚氨酯面临一个根本性设计难题：增强机械性能通常需要提高交联密度和刚性，但这会限制分子链运动，从而牺牲自修复、可回收等动态功能。如何在不牺牲机械强度的前提下实现快速自修复、高效回收，并赋予材料光热转换和紫外屏蔽等多功能特性，是当前研究的难点。针对上述挑战，中国林科院林化所生物质功能高分子材料团队等以蓖麻油和多酚功能化木质素为原料，成功合成了系列油脂基超分子聚氨酯。聚氨酯的有序氢键比例高达68.9%，变温FT-IR证实温度升高导致氢键解离，二维相关谱进一步验证了层次化氢键的存在，这种强弱搭配的氢键网络既能在拉伸时优先断裂耗能，又能在高应变下约束网络，实现强度和韧性的同步提升。特征松弛时间仅7.5分钟，活化能为101.6 kJ/mol，证实了动态二硫键和氢键的快速交换。木质素的π-π共轭结构在光激发下发生电子跃迁，非辐射弛豫释放热量，而高密度氢键增强了分子间堆积，进一步提高了转换效率。聚氨酯实现了全波段紫外屏蔽，效率达100%，可见光透射率保持在80%，并显示出优异的紫外老化耐久性。

该研究得到中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（CAFYBB2025MA010和CAFYBB2025QH007）、国家自然科学基金（32401528和32471815）等项目资助。中国林科院林化所胡云副研究员为第一作者，中国林科院周永红研究员、贾普友研究员、安农袁亮教授、天科大戴林教授为共同通讯作者。