第一作者：史家昕 

通信联系人：徐军 

单位：清华大学

文章重要内容

清华大学徐军副教授团队针对具有氢键阵列的酰肼基热塑性聚氨酯(TPU)弹性体，通过预聚-扩链法控制嵌段序列长度，制备了软硬段比例相同但是软硬段的序列长度不同的材料。发现适当的长序列可以通过强化微相分离和氢键分级响应来实现性能的显著提高，包括强度、韧性、流动温度、抗松弛等。这一方法为高性能TPU设计提供了新颖的思路，也加深了对TPU结构-性能关系的认识。

文章背景

弹性体作为一类重要的聚合物材料，在很多领域得到了广泛应用。近年来，具有优异力学性能的高性能弹性体受到关注，尤其是具备氢键和微相分离的热塑性聚氨酯(TPU)类材料在高强韧方面展现出了巨大潜力。在诸多的研究中，多元酰肼类化合物作为一类能够提供密集氢键的扩链剂，具有尤为突出的性能优势。近年来，基于酰肼扩链剂，诞生了多种具有优异强度和韧性的聚氨酯弹性体。然而，这些研究的基本思路与传统的TPU研究一致，着力于调控软段分子量、硬段化学结构和软硬段比例等。目前迫切需要有新的材料设计思路来进一步提高材料的力学性能。根据经典的Flory-Huggins相分离理论，作为嵌段共聚物的TPU，嵌段长度将显著影响微相分离。TPU中的嵌段排列取决于异氰酸酯和活泼氢基团的连接顺序，在我们前期的工作中，已经证明了可以通过改变预聚-扩链中的投料比，调控嵌段序列的长度。序列的适度延长会促进微相分离，增强物理交联，从而提升机械性能。因此，改变嵌段的序列长度可能是进一步强化酰肼基TPU弹性体的一种有效策略。

文章概述

最近，清华大学徐军副教授团队使用一种典型的酰肼基TPU体系(图1)：聚己内酯(PCL)-异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)-己二酸二酰肼(AD)，通过将软硬段的平均连接个数由1延长至2或3，在相同软硬段摩尔比的前提下，显著地提高了弹性体的机械性能。嵌段序列的延长不仅强化了微相分离，还改变了氢键的响应模式，从而使拉伸强度、韧性、流动温度、松弛时间和回弹等关键性能得到了全方位的提升(图2)。从材料制备的角度讲，本研究是在相同的化学配方下，通过改变合成工艺路线显著提高产品性能，为高性能材料设计提供了一种新颖的研究视角。

图1 (a) 通过预聚-扩链法制备的含不同序列排布结构的聚氨酯弹性体。(b) 不同嵌段单元。(c) 样品的SAXS测试结果。

图2 不同序列结构样品的综合性能对比

该研究建立的序列结构调控方法在新型高性能TPU材料的设计中可以发挥显著作用，是值得关注的分子设计新思路。

本文为“高分子弹性体”专辑特约稿件，上述工作即将以研究论文形式发表在《高分子学报》上。论文第一作者为清华大学博士后史家昕，通信联系人为徐军副教授，郭宝华教授在研究中提供了重要指导。

引用本文：

史家昕, 郭宝华, 徐军.调控嵌段序列长度提升热塑性聚氨酯的力学性能.高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2025.25028Shi, J. X.; Guo, B. H.; Xu, J.Tailoring block sequence length enhances the mechanical properties of thermoplastic polyurethane elastomers.Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2025.25028CSTR: 32057.14.GFZXB.2025.7379