PPO改性聚氨酯的合成及其对软段玻璃化转变温度与介电性能的调控机制研究

本研究针对传统聚氨酯(PU)软段热稳定性不足、力学性能受限等问题，通过引入羟乙基封端聚(2,6-二甲基苯醚)(PPOD)刚性链段，开发了两步法合成的新型TDI基改性PU。动态力学分析表明，20% PPOD可使PPG-PU和PTMEG-PU软段Tg分别提升27℃和39℃，同时保持70%的拉伸强度保留率，Shore A硬度提高10点，介电常数降低7-13%，为高性能PU材料设计提供新策略。

　　

在材料科学领域，聚氨酯(PU)因其可设计的软硬段结构而广泛应用于汽车、电子器件等领域。然而传统PU存在软段热稳定性差、高温力学性能骤降等瓶颈。尤其当环境温度超过软段玻璃化转变温度(T_g)时，材料会出现明显的强度衰减。如何通过分子设计提升PU的耐热性和功能特性，成为当前研究的关键挑战。

大连理工大学（原文Central Universities of China资助项目编号DUT20RC(5)007）的研究团队创新性地将工程塑料聚(2,6-二甲基苯醚)(PPO)的刚性骨架引入PU体系。通过合成羟乙基封端的低分子量PPO(PPOD)作为多元醇改性剂，采用两步法（预聚体合成+链延伸）制备了PPO改性PU。研究发现，PPOD的加入不仅显著提升了材料的热力学性能，还优化了介电特性，相关成果发表在《Materials Today Communications》上。

关键技术包括：1) 以酚醛末端的商业PPO(SA90)为前体，通过烷基化反应合成端羟基PPOD；2) 选用PPG和PTMEG两种典型聚醚多元醇与甲苯二异氰酸酯(TDI)反应形成预聚体；3) 用4,4′-亚甲基双(2-氯苯胺)(MOCA)进行链延伸；4) 通过动态力学分析(DMA)测定T_g变化，并系统评估力学与介电性能。

【材料合成与表征】
通过核磁共振和红外光谱证实PPOD的成功合成，其羟基官能度为1.98，分子量分布指数1.25，满足后续聚合要求。

【热力学性能】
动态力学分析显示，PPOD的引入使PPG-PU软段T_g从45.6℃升至72.6℃，PTMEG-PU软段T_g从13.5℃跃升至52.3℃。在超过软段T_g的20℃环境下，改性PU仍保持70%的原始拉伸强度，Shore A硬度提升10个点。

【介电性能】
PPG-PU体系的介电常数降低7%，PTMEG-PU体系降幅达13%，这归因于PPO芳环结构的电子离域效应抑制了偶极极化。

【结论与意义】
该研究通过分子设计将工程塑料PPO的刚性骨架整合到PU网络中，实现了三大突破：1) 通过软段T_g的显著提升（最高达39℃），突破了传统PU的热稳定性限制；2) 在高温环境下仍保持优异的力学性能保留率；3) 同步优化介电性能。这种"刚性链段原位增强"策略为开发新一代高性能PU材料提供了普适性方法，在需要耐热性与绝缘性协同优化的电子封装、汽车零部件等领域具有重要应用前景。研究还发现PPOD与TDI/MOCA形成的硬段相容性良好，为后续多组分PU体系设计提供了理论依据。