生物基聚羟基脲烷中的结构-性能关系

《Polymer Chemistry》：Structure–property relationships in bio-based polyhydroxyurethanes

生物基聚羟基脲（PHU）通过1,5-戊二胺与生物碳酸酯共聚制备，系统研究其结构-性能关系。发现湿度显著影响材料热稳定性和机械性能，芳香族PHU较脂肪族热稳定性高，玻璃化转变温度顺序为芳香酯-醚＞芳香二醚≈芳香二酯＞脂肪族二醚＞脂肪族二酯＞长链脂肪族二醚。动态力学分析表明芳香PHU室温下呈玻璃态，而脂肪族材料为粘弹态或牛顿流体。结构差异导致机械性能变化，短链脂肪族PHU出现尖锐tanδ峰，长链则展宽。该研究为生物基热塑性材料开发提供理论支撑。

　　

本研究探讨了聚羟基脲（PHUs，有时也称为非异氰酸酯聚氨酯（NIPUs）的结构-性能关系。这些聚合物是通过1,5-戊二胺（一种生物来源的二胺）与多种结构的可生物来源的环状碳酸酯（如具有醚键和酯键的芳香族和脂肪族骨架）聚合制备得到的。研究人员进行了全面的结构、热性能和机械性能分析，以评估聚合物的热稳定性和机械性能。值得注意的是，在常见条件下（相对湿度50%，温度22°C），所有聚合物都会吸收水分，这显著影响了它们的热性能和机械性能。干燥样品的测试结果显示，芳香族均聚物在热稳定性和玻璃化转变温度（Tg）方面优于脂肪族均聚物，这一结果通过差示扫描量热法（DSC）得到验证。Tg值与聚合物的骨架结构密切相关，其排序为：芳香族酯-醚 > 芳香族二醚 ≈ 芳香族二酯 > 脂肪族二醚（短链）> 脂肪族二醚（长链）。动态机械分析（DMA）表明，芳香族聚合物在室温下表现出玻璃态行为，而脂肪族均聚物则呈现橡胶状或粘稠液体状态。此外，环状碳酸酯结构的变化对聚合物的机械性能有显著影响：较短脂肪族链的tanδ转变较为明显，而较长链的tanδ峰则较为宽泛。本研究为生物基聚羟基脲的结构-性能关系提供了宝贵的见解，突显了它们作为可持续热塑性材料的潜力。