当前,不可再生资源的短缺问题日益严重,在一定程度上制约了经济社会的发展。聚氨酯（PU）是一类应用极为广泛的高分子材料。制备具有高自愈合能力的PU材料,可以有效延长PU材料的使用寿命,不仅有利于应对当前的资源危机和环境问题,而且对促进经济社会的可持续发展具有重要意义。本论文基于PU本身特殊的化学结构及其分子链优异的可设计性,设计并制备了多种具备优异自愈合性能的PU材料,具体研究内容及结果如下:1、基于可逆氢键与柔性嵌段相结合的自愈合PU弹性体。设计合成了一种两端含有不同长度的柔性嵌段的新型PU链。这些柔性嵌段存在于PU链的末端,具有较强的运动能力,有利于链在损伤区域的扩散和自愈过程。此外,氨基甲酸酯基团中的亚氨基与羰基之间形成的氢键的存在可以进一步为这些PU材料中损伤的有效愈合提供保证。2、基于强氢键网络和柔性嵌段相结合的高愈性PU弹性体。设计制备了一种含有柔性端链和可形成可逆四重氢键的2-脲基-4[1H]-嘧啶酮（UPy）基团的新型PU链。研究发现含和不含UPy基团的两种PU弹性体均具有自愈合能力。此外,在较低温度下,不含UPy基团的PU具有较强的自愈能力,而在较高温度下,含UPy基团的PU具有更好的自愈效果。这种愈合能力的差异可归因于两个关键因素（链段运动能力和氢键网络强度）的综合作用,即在低温下,与UPy基团相连的链段运动能力相对较差,不利于断裂处的链段扩散,从而自愈效率较低;而在高温下,与UPy基团相连的链段的运动已相当活跃,也就是说,两种PU弹性体的链段运动能力差异变小,UPy基团间形成的可逆四重氢键网络成为了影响材料断裂处自愈的主要因素,因而此时含UPy基团的PU自愈效果更好。总之,聚合物弹性体的自愈合行为是由上述两个关键因素决定的。3、基于强氢键网络、柔性嵌段和金属离子配位的互穿交联型高强度高自愈性PU弹性体。结合含UPy基团的PU链,设计建立了一种PU的共价交联网络与含UPy基团的PU链的可逆强氢键网络交互穿插的互穿网络,并引入了羧基与锌离子的配位结构,制备了一种兼具超高机械强度和超高自愈合性能的互穿交联型的PU材料。观察到交联网络和离子配位键的存在为材料提供了优异的机械性能和热稳定性,而离子配位键、可逆强氢键网络和高运动能力链段的协同作用极大程度上弥补了共价交联网络对材料自愈合表现的不利影响,甚至弥补的程度远远超出了这种影响。在本论文的相关工作中,我们成功开发了一种具有工程上大规模应用潜力的自愈合PU材料,其合成方法简单,所用原料均为商用PU材料的常用原料,因此这种自愈合聚氨酯材料具有大规模产业化生产与应用的前景;此外,还成功设计和制备了一种力学强度与自愈合效率双优的自愈合PU材料,通过巧妙的分子设计,成功地破解了自愈合PU材料的力学性能与其自愈合性能难以同时获得提高的难题,并为相关高性能自愈合弹性体的设计与推广打下了坚实的基础。