综述：热塑性聚氨酯基复合材料的近期进展、性能、合成及其应用

本综述系统探讨了热塑性聚氨酯（TPU）及其复合材料的合成策略（如一锅法和两步预聚物法）、性能优化（如机械强度、导电性、阻燃性）与前沿应用（如传感器、油水分离、电磁屏蔽）。文章重点分析了纳米填料（碳纳米管、氧化石墨烯、纳米纤维素等）对TPU性能的提升作用，并展望了该材料在智能器件与可持续能源领域的潜力。

　　

化学组成与合成方法

热塑性聚氨酯（TPU）是一种通过多元醇、二异氰酸酯和链延长剂通过聚加成反应形成的嵌段共聚物。其分子结构包含硬段（HS）和软段（SS），其中硬段由二异氰酸酯与短链二醇（如BDO）反应形成，软段则由聚醚或聚酯类多元醇构成。合成方法主要包括溶剂自由一锅法及两步预聚物法。一锅法将所有反应物一次性混合，操作简便但可控性较差；两步法则先使多元醇与过量二异氰酸酯生成端异氰酸酯预聚物，再通过链延长反应形成线性TPU，更适合精密调控聚合物链结构。

材料特性与性能调控

TPU具备优异的机械强度、耐化学性、弹性和可回收性。其性能可通过选择不同类别的二异氰酸酯（如芳香族的MDI、TDI或脂肪族的IPDI、H₁₂MDI）和多元醇进行调节。例如，聚酯型TPU表现出更高的拉伸模量和回弹性，而聚醚型TPU则具有更佳的柔韧性和水解稳定性。此外，通过引入纳米填料可显著增强其功能特性：碳纳米管（CNT）和氧化石墨烯（GO）可提升导电性和电磁屏蔽效能；纳米二氧化硅和黏土能够改善热稳定性与阻燃性；纤维素纳米晶体则可增强生物相容性与力学性能。

复合材料的制备工艺

TPU基复合材料的制备工艺多样，包括溶液共混、真空过滤沉积、层层自组装、热诱导相分离以及蒸汽诱导成膜等方法。溶液共混法适用于均匀分散纳米填料；真空过滤可实现高取向性复合薄膜的制备；层层自组装技术可用于构建多功能涂层；而热诱导相分离法则常用于制备多孔结构材料，适用于油水分离或组织工程支架。

功能应用领域

TPU复合材料在多个前沿领域展现广泛应用潜力。在传感领域，其柔韧性与导电性使其适用于可穿戴应变传感器；在环境保护方面，多孔TPU复合材料可用于高效油水分离膜；在阻燃材料中，纳米黏土或MXene的引入显著降低燃烧性能；此外，TPU基形状记忆材料在软体机器人及智能医疗器械中具有重要价值。电磁干扰（EMI）屏蔽性能的提升也使其成为电子设备防护材料的候选。

发展挑战与未来展望

尽管TPU复合材料研究取得显著进展，仍面临填料分散性、界面相容性、大规模制备成本及环境可持续性等挑战。未来研究方向包括开发生物基TPU、优化智能响应性能（如光热或pH响应行为）、拓展在再生能源存储设备（如柔性电池隔膜）中的应用，以及推动材料生命周期评估与循环利用策略的实施。

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改写说明：

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