近年來，熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）因其優(yōu)異的機械強度、粘合性能和抗黃變特性而被廣泛應用于防護領域。通過策略性地調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械回彈性、熱穩(wěn)定性和耐化學性。盡管已有大量研究探討了不同鏈段擴鏈劑對聚氨酯性能的影響，但關于線性脂肪族二胺的分子結構（特別是主鏈長度）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聯(lián)的系統(tǒng)性研究仍較為有限。

近日，中國長春理工大學化學工程學院的研究團隊在材料科學旗艦期刊《Materials today》發(fā)表了“擴鏈劑分子結構對聚脲-聚氨酯基夾層玻璃力學性能和微相分離的影響”。該研究通過引入五種不同鏈長與官能團的擴鏈劑，成功合成了五種具有不同硬段結構的聚脲-聚氨酯和聚氨酯材料，并對其結構和性能特征進行了全面研究，從而建立了清晰的結構-性能-應用關系。

值得注意的是，采用癸二胺（D102）作為擴鏈劑制備的TPU材料（簡稱“DPU”）在氫鍵作用與微相分離之間達到了最佳平衡，展現出卓越的力學性能，其拉伸強度達40.51?MPa，斷裂伸長率為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4.31J，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的多元醇基擴鏈劑體系。

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、強度和粘合性能。因此，研究聚合物膜性能對夾層玻璃抗沖擊性能的影響并闡明其潛在機制至關重要。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玻璃中得到廣泛應用，但其相對較低的機械強度和較差的耐水性限制了傳統(tǒng)PVB的更廣泛應用。

熱塑性聚氨酯（TPU）憑借其優(yōu)異的強度、粘合性和透明度，成為新一代夾層玻璃中間層的有力競爭者。由于其獨特的微相分離結構和可調控的性能，TPU已被廣泛應用于汽車、高層建筑和航空航天工程等眾多領域，使其成為研究界日益關注的材料。Ivan S. Stefanovi?等人通過改變聚己內酯（PCL）軟段的含量，研究了聚己內酯作為軟段對聚氨酯網絡表面性能的影響，發(fā)現軟段含量增加會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）和分子動力學模擬證實，懸垂鏈降低了氫鍵指數，同時增強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和制備提供了理論基礎。然而，關于聚氨酯結構對夾層玻璃力學性能及其沖擊強度的影響，目前系統(tǒng)性的研究仍然有限。此外，對于具有不同官能團和鏈長的擴鏈劑如何影響聚氨酯的結構、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，胺類擴鏈劑制備的聚氨酯的氫鍵程度高于BDO擴鏈劑制備的TPU。由癸二胺（D102）制備的TPU的氫鍵結合率高于88%，賦予樣品優(yōu)異的強度和粘合性。APU、HPU、DPU、NPU和BPU的拉伸強度分別達到32.33 MPa、34.96 MPa、40.51 MPa、31.61 MPa和16.76 MPa。樣品的斷裂伸長率分別達到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鏈劑引入脲基后，材料體系中氫鍵結合率的提高。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）、動態(tài)熱機械分析（DMA）分析證實，TPU體系在使用癸二胺（D102）作為擴鏈時實現了最佳的微相分離。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4.31J，比BPU（采用BDO作為擴鏈劑制成TPU）的夾層玻璃提高了779.6%。對聚氨酯分子結構的研究對于其在夾層玻璃和高層建筑中的應用具有重要意義。