近年来，热塑性聚氨酯弹性体（TPU）因其优异的机械强度、粘合性能和抗黄变特性而被广泛应用于防护领域。通过策略性地调控软段多元醇组分与硬段异氰酸酯单元的配比，可以精确地定制聚氨酯材料的性能，从而系统地优化工程聚合物体系的机械回弹性、热稳定性和耐化学性。尽管已有大量研究探讨了不同链段扩链剂对聚氨酯性能的影响，但关于线性脂肪族二胺的分子结构（特别是主链长度）与微相分离程度、氢键化程度及夹层玻璃抗冲击性能之间关联的系统性研究仍较为有限。

近日，中国长春理工大学化学工程学院的研究团队在材料科学旗舰期刊《Materials today》发表了“扩链剂分子结构对聚脲-聚氨酯基夹层玻璃力学性能和微相分离的影响”。该研究通过引入五种不同链长与官能团的扩链剂，成功合成了五种具有不同硬段结构的聚脲-聚氨酯和聚氨酯材料，并对其结构和性能特征进行了全面研究，从而建立了清晰的结构-性能-应用关系。

值得注意的是，采用癸二胺（D102）作为扩链剂制备的TPU材料（简称“DPU”）在氢键作用与微相分离之间达到了最佳平衡，展现出卓越的力学性能，其拉伸强度达40.51 MPa，断裂伸长率为402.2%。此外，由该材料制成的夹层玻璃抗冲击性能显著提升，冲击能量吸收值达4.31J，明显优于传统的多元醇基扩链剂体系。

研究概要

夹层玻璃的抗冲击性能取决于中间聚合物膜的承载能力、强度和粘合性能。因此，研究聚合物膜性能对夹层玻璃抗冲击性能的影响并阐明其潜在机制至关重要。传统的夹层玻璃通常采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）作为中间层材料。尽管PVB具有优异的粘合性和安全性，使其在建筑和汽车挡风玻璃中得到广泛应用，但其相对较低的机械强度和较差的耐水性限制了传统PVB的更广泛应用。

热塑性聚氨酯（TPU）凭借其优异的强度、粘合性和透明度，成为新一代夹层玻璃中间层的有力竞争者。由于其独特的微相分离结构和可调控的性能，TPU已被广泛应用于汽车、高层建筑和航空航天工程等众多领域，使其成为研究界日益关注的材料。Ivan S. Stefanović等人通过改变聚己内酯（PCL）软段的含量，研究了聚己内酯作为软段对聚氨酯网络表面性能的影响，发现软段含量增加会形成更显著的微相分离形态。Keyu Shi等人采用不同的多元醇作为扩链剂，合成了具有不同悬垂链的TPU样品。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和分子动力学模拟证实，悬垂链降低了氢键指数，同时增强了软段和硬段之间的相容性。这些研究共同为夹层玻璃用聚氨酯中间膜的生产和制备提供了理论基础。然而，关于聚氨酯结构对夹层玻璃力学性能及其冲击强度的影响，目前系统性的研究仍然有限。此外，对于具有不同官能团和链长的扩链剂如何影响聚氨酯的结构、性能乃至夹层玻璃最终抗冲击性能的理解仍不全面。

本研究以四种线性二胺——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）为扩链剂，成功合成了五种含有不同硬段的聚脲-聚氨酯和聚氨酯（简称分别为APU、HPU、DPU、NPU和BPU）。异氰酸酯与胺之间形成的脲键更有利于氢键的形成。因此，胺类扩链剂制备的聚氨酯的氢键程度高于BDO扩链剂制备的TPU。由癸二胺（D102）制备的TPU的氢键结合率高于88%，赋予样品优异的强度和粘合性。APU、HPU、DPU、NPU和BPU的拉伸强度分别达到32.33 MPa、34.96 MPa、40.51 MPa、31.61 MPa和16.76 MPa。样品的断裂伸长率分别达到371.38%、374.92%、402.2%、464.23%和456.33%。这些优异的性能可归因于胺基扩链剂引入脲基后，材料体系中氢键结合率的提高。值得注意的是，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、动态热机械分析（DMA）分析证实，TPU体系在使用癸二胺（D102）作为扩链时实现了最佳的微相分离。此外，研究人员成功制备了基于DPU的夹层玻璃，其吸收的冲击能量高达4.31J，比BPU（采用BDO作为扩链剂制成TPU）的夹层玻璃提高了779.6%。对聚氨酯分子结构的研究对于其在夹层玻璃和高层建筑中的应用具有重要意义。