近日，我院陈乾博士在聚氨酯复合材料的多尺度界面设计与长效耐久性提升方面取得新突破。该研究通过共价桥接策略，构建了一种具有优异界面相容性的硅结构改性氧化石墨烯复合填料，显著提升了聚氨酯树脂的力学性能与长期服役稳定性。
聚氨酯作为一种兼具塑料强度与橡胶弹性的高分子材料，在缓冲、防腐、灌浆等领域广泛应用，但其在实际使用中常因填料与基体界面相容性差而导致性能衰减，限制其长期应用。针对这一难题，研究团队创新性地采用硅烷偶联剂KH550作为“分子桥”，将纳米二氧化硅与氧化石墨烯共价连接，构建了多尺度硅结构复合填料SKG。
研究结果表明，在极低添加量（0.2 wt%）下，SKG可显著增强聚氨酯复合材料的力学性能：拉伸强度提升37.2%，撕裂强度提高27.3%。更为重要的是，经过模拟48个月服役环境的老化测试后，复合材料仍能保持80%以上的原始拉伸强度，展现出卓越的长期耐久性。
通过SAXS、XPS、FT-IR等多尺度表征手段，研究揭示了SKG在聚氨酯基体中的均匀分散与界面键合机制，以及其促进微相分离、增强氢键网络的作用机制。该工作为开发高性能、长寿命的聚氨酯弹性体提供了一种通用且可规模化实施的界面工程策略，尤其在减震缓冲等工业应用中具有广阔前景。
研究成果以“Covalent bridging strategy with multiscale silicon architectures for polyurethane composites: Enhanced interfacial compatibility and long-term durability”为题，发表于化工领域期刊《Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers》（中科院二区，IF=6.3），陈乾博士为第一作者和通讯作者，中国科学院山西煤炭化学研究所王军威研究员为共同通讯作者。
该研究获得国家自然科学基金（52003286），煤化所创新基金（SCJC-DT- 2022-02）和武夷学院引进人才科研启动项目（YJ202419）等资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876107025005838