基于小分子间多重氢键作用的超分子弹性体的分子设计、合成与高弹性行为研究

基于小分子的氢键型超分子弹性体是指小分子重复单元通过与氢键相关的自组装生成的在常温下具有稳定的橡胶高弹性的超分子聚合物，其交联机理和弹性机理与现存的共价键交联弹性体、物理交联的热塑性弹性体以及基于大分子间的氢键交联的超分子聚合物存在本质差别。本项目以线型及支链型的含单个或多个端羧基的、具有柔顺主链的端羧基硅氧烷低聚物小分子（Mn < 1000）为原料，通过在分子末端连接酰胺基、咪唑啉酮基和脲基等酰胺类氢键供体/受体基团（简称为：氢键组装单元），利用组装单元间的多重氢键相互作用，制备以多重氢键交联的、在常温甚至低温下具有高弹性、高温下可完全离解成液态的超分子弹性体。研究小分子链的结构形态、多重氢键间的缔合与解离平衡、氢键组装单元结构等参数对超分子产物粘弹行为的影响规律；建立超分子弹性体的高弹性参数与氢键数量和强弱、温度等参数的数学关系模型，为建立超分子弹性体的高弹性理论提供依据。

基于小分子间多重氢键作用的超分子弹性体是指小分子或低聚物之间利用链间的多重氢键作用进行自组装得到的在常温下具有稳定橡胶高弹性的超分子聚合物，其交联机理和弹性机理与现存的共价键交联弹性体、物理交联的热塑性弹性体以及基于大分子间的氢键交联的超分子聚合物存在诸多本质差别。这种新型超分子弹性体在常温下具有可自愈合功能，其结构与性能突破了现有合成橡胶和热塑性弹性体的传统理论，并被诸多重要评述称之为“新一代弹性体”，在弹性体的合成与弹性理论领域具有重要意义。.本项目设计了一类基于聚二甲基硅氧烷柔性链的超分子弹性体，从合成羧基封端的聚二甲基硅氧烷（双羧基硅油，PDMS-COOH2）出发，通过其与二乙撑三胺（DETA）、尿素（Urea）两个阶段的反应制备，在PDMS链末端连接了包括酰胺基、咪唑啉酮基和脲基等氢键作用基团在内的多种功能基团，继而通过氢键自组装，首次制备得到了一种在常温下具有良好交联弹性和自愈合特性的氢键型超分子弹性体材料（SESi）。确认了PDMS-COOH2制备SESi的反应机理，提出了SESi的交联机理。并研究了PDMS-COOH2的分子量（1000 g/mol ~ 11000 g/mol）对SESi的热性能、动态力学性能和自愈合性能等方面的影响。在合成SESi的基础上，进一步评价了SESi薄膜的吸水与透气性、细胞毒性、血液相容性和皮肤刺激性，结果表明SESi薄膜具有良好的生物相容性；基于大鼠全层皮肤急性创伤的愈合试验表明，由于SESi薄膜为伤口提供了一个良好的湿性愈合微环境，可较好地促进伤口的愈合，与敷有已经在临床上广泛应用的3M Tegaderm Film相比，敷有SESi薄膜的伤口的愈合率未出现显著的差异，且伤口在长出新生上皮后没有出现任何不良反应，说明SESi薄膜是一种具有潜在应用前景的新型伤口敷料基材。