生物基功能单体构建的高热机械性能TPEE：异山梨醇调控聚酯弹性体的合成与性能研究

本研究针对传统石油基热塑性聚酯醚弹性体(TPEE)耐热性与机械强度不足的问题，通过熔融缩聚法将生物基单体异山梨醇(ISB)引入聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)-聚四氢呋喃(PTMG)体系，成功开发出兼具优异热稳定性(Tm达220℃)和高力学性能(拉伸强度30MPa)的环保材料。研究发现ISB的刚性结构可有效调控共聚物结晶行为，生命周期评估(LCA)显示其碳减排达19.5%，为高性能可持续弹性体开发提供新策略。

　　

随着全球对可持续材料需求的激增，传统石油基热塑性聚酯醚弹性体(TPEE)面临双重挑战：一方面其耐热性和机械强度难以满足汽车、电子等领域的高端需求，另一方面化石原料依赖导致高碳排放。这类材料通常由芳香族聚酯硬段(如PBT)与聚醚软段(PTMG)组成，但硬段结晶行为的调控始终是性能优化的关键瓶颈。北京航空航天大学研究团队创新性地将生物基刚性单体异山梨醇(ISB)引入PBT-PTMG体系，相关成果发表于《European Polymer Journal》。

研究采用熔融缩聚法构建PBT-ISB-PTMG共聚物，通过差示扫描量热法(DSC)分析非等温结晶动力学，结合动态力学分析(DMA)和万能材料试验机测试热机械性能。选用工业级ISB与PTMG1000为原料，通过三阶段一锅法合成六组不同配比的样品。

材料合成与表征
成功制备ISB含量10-50mol%的系列共聚物，随着ISB增加，材料颜色由无色渐变为深黄色，这是脱水副反应导致的。DSC显示熔点(T_m)维持在185-220℃区间，证实ISB的呋喃环结构能保持热稳定性。

结晶行为研究
等温结晶实验表明，ISB的立体阻碍效应使结晶速率降低40%，X射线衍射(XRD)证实结晶度从52%降至28%。这种结晶抑制效应源于ISB的V型刚性结构破坏分子链规整排列。

力学性能调控
当ISB达30mol%时出现性能拐点：拉伸强度先增至30MPa后下降，模量持续上升至95MPa，断裂伸长率则从450%降至120%。DMA显示储能模量提升2倍，证实ISB可有效增强材料刚性。

环境效益评估
生命周期分析显示，ISB替代50%PBT硬段可使二氧化碳排放减少19.5%，这主要源于生物基碳的碳中和属性及聚合能耗的降低。

该研究突破性地证明生物基单体ISB能同步提升TPEE的性能与环境友好性。通过精准调控硬段结晶行为，实现材料耐热温度与机械强度的协同优化，其220℃的熔点已接近工程塑料水平。更值得注意的是，研究首次量化了生物基TPEE的碳减排效益，为绿色高分子材料设计提供范式。团队提出的"刚性生物单体诱导结晶调控"策略，可拓展至其他聚酯弹性体体系，对推动化工行业低碳转型具有重要指导意义。