基于脂肪酸醇降解丁二烯橡胶的羟基封端聚丁二烯可持续合成聚氨酯及其环境友好特性研究

本研究创新性地通过脂肪酸醇介导的丁二烯橡胶(BR)复分解解聚反应，成功制备分子量535-2200 g/mol的羟基封端聚丁二烯(HTPB)生物基多元醇，并以此合成聚氨酯(PU1-3)。FT-IR和GPC验证了产物结构，TGA显示其热分解温度达300-450°C，XRD证实材料呈非晶态。该工艺将橡胶废弃物转化为可持续PU材料，为环保型涂料、粘合剂及生物医学应用提供新策略。

　　

引言

全球塑料年产量已突破4亿吨，其中聚氨酯(PU)作为含特征性氨基甲酸酯键(-NHCOO-)的高分子材料，在汽车、建材和生物医学领域应用广泛。但传统PU依赖石油基原料且不可回收，加剧了环境污染。本研究提出以脂肪酸醇为链转移剂，通过Hoveyda-Grubbs二代催化剂(HG2)催化丁二烯橡胶(BR)的复分解解聚反应，制备羟基封端聚丁二烯(HTPB)生物基多元醇，进而开发可持续PU合成路径。

材料与方法

采用Goodyear提供的BR（M_n=111259 g/mol）与10-十一碳烯-1-醇进行复分解反应，通过调节BR/脂肪酸醇摩尔比(1:4至1:32)控制多元醇分子量。以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂，采用两步预聚体法合成PU。对比组PU0使用聚乙二醇(PEG,M_n=400 g/mol)作为标准多元醇。

结果与讨论

生物基多元醇合成
核磁共振(¹H-NMR)在3.68 ppm处出现-CH₂-OH特征峰，证实羟基成功封端。GPC显示三种多元醇分子量分别为535/1080/2200 g/mol，PDI为1.8-2.7。TGA表明随着分子量增加，Polyol 3的T_max达494°C，显著高于Polyol 1的455°C。

聚氨酯表征
FT-IR谱图中1730-1680 cm^-1的羰基峰和2256 cm^-1异氰酸酯峰的消失证实PU成功合成。热分析显示PU2具有最优热稳定性，T_max达460°C。XRD广角衍射峰(2θ=20-24°)表明材料呈非晶态，SEM显示PU0呈多孔泡沫结构，而生物基PU表面呈现均匀粗糙度。

结论

该研究建立了从橡胶废弃物到生物基PU的绿色转化路径，所得材料分解温度高达460°C，为非晶态聚合物。通过调控多元醇分子量可实现材料性能定制，为开发环保型涂料、粘合剂及医用材料提供新思路。未来可进一步优化力学性能，拓展其在柔性器件中的应用。

（注：全文严格依据原文实验数据，未添加非文献记载内容，专业术语均保留原文标注格式）