离子液体修饰MXene量子点赋予聚氨酯自修复与抗菌性能

自修复聚合物材料因能自主修复微裂纹、延长材料服役寿命而备受关注，但如何在赋予自修复能力的同时保持甚至提升力学性能，一直是该领域的关键挑战。对于已广泛应用的商业化热塑性聚氨酯（TPU）而言，这一问题尤为突出。传统自修复策略（如微胶囊法或动态共价键化学改性）往往操作复杂、普适性差，或导致力学性能显著下降。

近日，中国科学院长春应化所刘向东团队在 Composites Communications 期刊上发表了一项创新性研究成果（Ionic liquid-modified MXene quantum dots imparting self-healing and antibacterial properties to commercial polyurethane）。 团队提出了一种“量子点表面接枝聚离子液体”的协同改性策略：首先通过两步超声法制备尺寸约3.34 nm的MXene量子点（MQDs），再利用静电吸附作用将离子液体单体（1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐）富集于MQDs表面，随后通过自由基聚合形成聚离子液体包覆层（MQDs@IL）。将该纳米填料以溶液共混法引入商品化TPU中，实现了多项性能的同步提升。

其核心机制在于：MQDs@IL与TPU分子链之间形成丰富且可逆的氢键网络，同时聚离子液体中的咪唑阳离子基团产生动态可逆的离子聚集体，二者协同驱动分子链重排，从而实现损伤修复。在最佳添加量（0.1500 wt%）下，复合材料断裂强度提升9%（达51.0 MPa），断裂伸长率提高14%（达1370%），韧性达294 MJ/m³；同时表面划痕在60 °C下1小时内即可有效修复，自修复效率达81%，且经多次循环切割-修复后性能无明显衰减。

此外，该复合材料还展现出优异的热稳定性和阻燃性——MXene量子点形成物理屏障抑制火焰蔓延，聚离子液体促进致密炭层形成；抗菌测试表明，TMI-0.1500对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率分别达73.7%和80%，其机制源于聚离子液体阳离子的静电吸附破膜作用与MQDs纳米刃口的物理穿刺协同杀菌。

该策略无需改变商品化TPU的化学结构，操作简便、普适性强，为大规模商业化应用提供了可行路径，有望在高端涂层、柔性电子封装、医疗防护及智能纺织品等领域拓展聚氨酯材料的功能边界。相关工作得到长春市青年科技人才计划（杰出青年23JQ10）和吉林省基础建设基金（2023C042-1）的资助。