通过定制的软段设计，制备出具有极高韧性、抗缺口性能以及快速自修复能力的热塑性聚氨酯弹性体

本研究通过引入α,ω-羟基端基支链丙烯酸软段改性热塑性聚氨酯（TPU），解决了机械强度与自愈能力的矛盾。优化后的TPU兼具高 toughness（186 MJ·m?3）、优异 notch insensitivity（断裂能＞197 kJ·m?2）和高效 self-healing（45℃下3小时恢复率约90%），并申请相关专利（美国专利号18/467,316）。

　　

摘要

在单一的热塑性聚氨酯（TPU）体系中实现韧性、抗缺口性能和自修复功能是具有挑战性的。由氢键连接的聚氨酯链段形成的硬质区域提供了机械强度，但限制了修复所需的链段流动性；而软质区域虽然赋予了弹性，却更容易受到损伤。我们提出了一种软段改性策略，将α,ω-羟基官能化的聚丙烯酸酯引入传统的TPU结构中。与之前基于线性烷基丙烯酸酯（例如n-丁基丙烯酸酯）的系统不同，引入支链烷基丙烯酸酯（例如2-乙基己基丙烯酸酯）后，侧链结构对温度的变化更加敏感。这种增强的热响应性促进了链段的流动性，并使应力分布更加均匀，同时不会削弱硬质区域的机械贡献。因此，这种丙烯酸酯TPU表现出高韧性（186 MJ·m^?3）、稳定的抗缺口性能（断裂能量 >197 kJ·m^?2，在伸长率超过900%时）以及实际的自修复能力（在45°C下3小时内恢复约90%）。这些发现表明，基于支链聚丙烯酸酯的软段工程为开发机械性能优异且具有适应性的TPU弹性体提供了一条平衡的途径。

图形摘要

通过调整软段的分子结构，热塑性聚氨酯弹性体能够克服韧性、抗缺口性能和自修复功能之间的矛盾。引入α,ω-羟基官能化的聚(2-乙基己基丙烯酸酯），其侧链庞大、柔韧且玻璃化转变温度低，可以抑制应变引起的结构破坏，稳定裂纹扩展，并增强能量耗散，从而获得兼具卓越机械强度和快速自主修复能力的弹性体。

利益冲突

专利申请（美国申请编号：18/467,316）由首尔国立大学R&DB基金会的M.S.K.和C.Y.提交。该专利申请涉及α,ω-羟基官能化聚丙烯酸酯的制备及其在TPU弹性体中的应用。作者声明没有其他利益冲突。

数据可用性声明

作者声明，支持本研究结果的数据可以在论文及其附带信息中找到。