近年來(lái)，熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）因其優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、粘合性能和抗黃變特性而被廣泛應(yīng)用于防護(hù)領(lǐng)域。通過(guò)策略性地調(diào)控軟段多元醇組分與硬段異氰酸酯單元的配比，可以精確地定制聚氨酯材料的性能，從而系統(tǒng)地優(yōu)化工程聚合物體系的機(jī)械回彈性、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)性。盡管已有大量研究探討了不同鏈段擴(kuò)鏈劑對(duì)聚氨酯性能的影響，但關(guān)于線性脂肪族二胺的分子結(jié)構(gòu)（特別是主鏈長(zhǎng)度）與微相分離程度、氫鍵化程度及夾層玻璃抗沖擊性能之間關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)性研究仍較為有限。

近日，中國(guó)長(zhǎng)春理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在材料科學(xué)旗艦期刊《Materials today》發(fā)表了“擴(kuò)鏈劑分子結(jié)構(gòu)對(duì)聚脲-聚氨酯基夾層玻璃力學(xué)性能和微相分離的影響”。該研究通過(guò)引入五種不同鏈長(zhǎng)與官能團(tuán)的擴(kuò)鏈劑，成功合成了五種具有不同硬段結(jié)構(gòu)的聚脲-聚氨酯和聚氨酯材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能特征進(jìn)行了全面研究，從而建立了清晰的結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用關(guān)系。

值得注意的是，采用癸二胺（D102）作為擴(kuò)鏈劑制備的TPU材料（簡(jiǎn)稱“DPU”）在氫鍵作用與微相分離之間達(dá)到了最佳平衡，展現(xiàn)出卓越的力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度達(dá)40.51?MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為402.2%。此外，由該材料制成的夾層玻璃抗沖擊性能顯著提升，沖擊能量吸收值達(dá)4.31J，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的多元醇基擴(kuò)鏈劑體系。

研究概要

夾層玻璃的抗沖擊性能取決于中間聚合物膜的承載能力、強(qiáng)度和粘合性能。因此，研究聚合物膜性能對(duì)夾層玻璃抗沖擊性能的影響并闡明其潛在機(jī)制至關(guān)重要。傳統(tǒng)的夾層玻璃通常采用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）作為中間層材料。盡管PVB具有優(yōu)異的粘合性和安全性，使其在建筑和汽車擋風(fēng)玻璃中得到廣泛應(yīng)用，但其相對(duì)較低的機(jī)械強(qiáng)度和較差的耐水性限制了傳統(tǒng)PVB的更廣泛應(yīng)用。

熱塑性聚氨酯（TPU）憑借其優(yōu)異的強(qiáng)度、粘合性和透明度，成為新一代夾層玻璃中間層的有力競(jìng)爭(zhēng)者。由于其獨(dú)特的微相分離結(jié)構(gòu)和可調(diào)控的性能，TPU已被廣泛應(yīng)用于汽車、高層建筑和航空航天工程等眾多領(lǐng)域，使其成為研究界日益關(guān)注的材料。Ivan S. Stefanovi?等人通過(guò)改變聚己內(nèi)酯（PCL）軟段的含量，研究了聚己內(nèi)酯作為軟段對(duì)聚氨酯網(wǎng)絡(luò)表面性能的影響，發(fā)現(xiàn)軟段含量增加會(huì)形成更顯著的微相分離形態(tài)。Keyu Shi等人采用不同的多元醇作為擴(kuò)鏈劑，合成了具有不同懸垂鏈的TPU樣品。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)，懸垂鏈降低了氫鍵指數(shù)，同時(shí)增強(qiáng)了軟段和硬段之間的相容性。這些研究共同為夾層玻璃用聚氨酯中間膜的生產(chǎn)和制備提供了理論基礎(chǔ)。然而，關(guān)于聚氨酯結(jié)構(gòu)對(duì)夾層玻璃力學(xué)性能及其沖擊強(qiáng)度的影響，目前系統(tǒng)性的研究仍然有限。此外，對(duì)于具有不同官能團(tuán)和鏈長(zhǎng)的擴(kuò)鏈劑如何影響聚氨酯的結(jié)構(gòu)、性能乃至夾層玻璃最終抗沖擊性能的理解仍不全面。

本研究以四種線性二胺——1,4-丁二胺（DAB）、1,6-己二胺（HDA）、癸二胺（D102）、1,12-十二烷二胺（N12N）和1,4-丁二醇（BDO）為擴(kuò)鏈劑，成功合成了五種含有不同硬段的聚脲-聚氨酯和聚氨酯（簡(jiǎn)稱分別為APU、HPU、DPU、NPU和BPU）。異氰酸酯與胺之間形成的脲鍵更有利于氫鍵的形成。因此，胺類擴(kuò)鏈劑制備的聚氨酯的氫鍵程度高于BDO擴(kuò)鏈劑制備的TPU。由癸二胺（D102）制備的TPU的氫鍵結(jié)合率高于88%，賦予樣品優(yōu)異的強(qiáng)度和粘合性。APU、HPU、DPU、NPU和BPU的拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到32.33 MPa、34.96 MPa、40.51 MPa、31.61 MPa和16.76 MPa。樣品的斷裂伸長(zhǎng)率分別達(dá)到371.38%、374.92%、402.2%、464.23%和456.33%。這些優(yōu)異的性能可歸因于胺基擴(kuò)鏈劑引入脲基后，材料體系中氫鍵結(jié)合率的提高。值得注意的是，傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）分析證實(shí)，TPU體系在使用癸二胺（D102）作為擴(kuò)鏈時(shí)實(shí)現(xiàn)了最佳的微相分離。此外，研究人員成功制備了基于DPU的夾層玻璃，其吸收的沖擊能量高達(dá)4.31J，比BPU（采用BDO作為擴(kuò)鏈劑制成TPU）的夾層玻璃提高了779.6%。對(duì)聚氨酯分子結(jié)構(gòu)的研究對(duì)于其在夾層玻璃和高層建筑中的應(yīng)用具有重要意義。