基于分子动力学与结构单元贡献的水性聚氨酯构效关系

蒋佳仪; 王洲一; 洪士博; 龙浩; 吉旭; 周利

doi:10.11777/j.issn1000-3304.2026.26047

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基于分子动力学与结构单元贡献的水性聚氨酯构效关系

研究论文 | 更新时间：2026-04-23

- 基于分子动力学与结构单元贡献的水性聚氨酯构效关系
- A Molecular Dynamics and Structural Unit Contribution Analysis of Waterborne Polyurethane Structure-property Relationships
- 高分子学报 2026年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.四川大学化学工程学院成都 610065
  2.重庆国际复合材料股份有限公司重庆 400082
  3.大连理工大学精细化工全国重点实验室大连 116024
- 作者简介：
  
  E-mail: chezli@scu.edu.cn
- 基金信息：
  
  大连理工大学精细化工国家重点实验室开放课题基金(基金号 KF 2312)
- DOI：10.11777/j.issn1000-3304.2026.26047
  中图分类号：
- CSTR：32057.14.GFZXB.2026.7584
- 收稿：2026-02-09，
  
  录用：2026-03-19，
  
  网络首发：2026-04-23，
- 稿件说明：
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蒋佳仪, 王洲一, 洪士博, 龙浩, 吉旭, 周利. 基于分子动力学与结构单元贡献的水性聚氨酯构效关系. 高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2026.26047.

Jiang, J Y; Wang, Z Y; Hong, S B; Long, H; Ji, X; Zhou, L. A Molecular dynamics and structural unit contribution analysis of waterborne polyurethane structure-property relationships. Acta Polymerica Sinica (in Chinese), doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2026.26047.
蒋佳仪, 王洲一, 洪士博, 龙浩, 吉旭, 周利. 基于分子动力学与结构单元贡献的水性聚氨酯构效关系. 高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2026.26047. DOI： CSTR： 32057.14.GFZXB.2026.7584.

Jiang, J Y; Wang, Z Y; Hong, S B; Long, H; Ji, X; Zhou, L. A Molecular dynamics and structural unit contribution analysis of waterborne polyurethane structure-property relationships. Acta Polymerica Sinica (in Chinese), doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2026.26047. DOI： CSTR： 32057.14.GFZXB.2026.7584.

摘要

针对水性聚氨酯材料“结构-性能”关系复杂、微观机理不明确、传统研发依赖经验试错等问题，本研究提出一套基于分子模拟与结构单元贡献法耦合的研究方法. 首先，采用模块化设计策略解构复杂聚氨酯体系，通过分子动力学模拟获取关键组分的热力学参数. 其次，基于结构单元贡献法构建 “配方-性质”计算方法，实现从微观结构单元到链段运动能力的定量关联. 最后，结合构效关系分析与实验验证，建立材料性能调控策略. 基于具体案例，系统归纳了聚氨酯“高强高韧”“高刚高脆”及“刚韧平衡”3类典型力学行为特征及其微观调控机理，为水性聚氨酯材料的优化设计与性能定向调控提供了方法参考.

Abstract

To address the challenges associated with the traditional empirical trial-and-error approach in waterborne polyurethane research

this study presents an integrated methodology that combines molecular simulation and the structural unit contribution method. First

a modular design strategy was employed to deconstruct the polyurethane system

and the key thermodynamic parameters of the components were obtained through molecular dynamics simulations. Second

a "formulation-property" calculation method was established based on the structural unit contribution method

enabling a quantitative correlation from microscopic structural units to segmental mobility. Finally

by integrating the structure-property relationship analysis with experimental validation

a strategy for regulating the material performance was established. Case studies revealed three typical mechanical behavior characteristics of polyurethanes: "high strength and high toughness

" "high stiffness and high brittleness"

and "stiffness-toughness balance" along with their underlying microscopic regulation mechanisms. This study provides a methodological reference for the optimized design and performance-oriented regulation of waterborne polyurethane materials.

关键词

Keywords

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