Recyclable Thermoplastic Poly(urethane-urea)s with Enhanced Mechanical and Adhesive Properties Derived from CO 2 -Based Copolyesters

材料科学 热塑性塑料 胶粘剂 复合材料 粘附 热塑性弹性体 热塑性复合材料 聚合物 流变学 化学工程 形态学(生物学)
作者
Wenhui Kong,Umar Ali Dar,T. Ma,Jinbo Zhang,Ze Kan,Shaofeng Liu
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
卷期号:15 (4): 647-654
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.6c00123
摘要

Polyurethanes (PUs) with high-performance and recyclability remain challenging due to their complex structures and limited depolymerization pathways. Herein, we report a sustainable thermoplastic poly(urethane-urea) system based on renewable ε-caprolactone (CL)/3-ethylidene-6-vinyltetrahydro-2H-pyran-2-one (EVP) copolyester diols derived from CO2 and 1,3-butadiene. By regulating EVP incorporation (0-19 mol %), the polymer microstructures and mechanical properties are systematically tuned. EVP units disrupt poly(ε-caprolactone) (PCL) crystallization and reduce the spherulite size, leading to enhanced toughness and elastomeric behavior. An optimal performance is achieved at 11 mol % EVP, where PU11 exhibits a tensile strength of 33 MPa and an elongation at break of 1079%, outperforming commercial SBS/SEBS elastomers. On the other hand, PU6 with an intermediate 6 mol % EVP achieves excellent adhesive performances to metal plates, showing a lap shear strength of 4.76 MPa. Moreover, the polyester segments in these poly(urethane-urea)s undergo efficient chemical recycling via mild thermolysis conditions (170 °C, Sn(Oct)2), enabling the recovery of pure EVP and CL monomers with a total yield of 94%. This work demonstrates a rational molecular design strategy that integrates mechanical performance with recyclability, providing a viable pathway for sustainable high-performance PU-based materials.
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