聚氨酯膠粘劑的固化——流變儀與紅外光譜聯(lián)用

開發(fā)聚氨酯膠粘劑時，如何快速掌握從液態(tài)到固態(tài)的固化過程，并深入了解反應(yīng)背后的分子機制，一直是研發(fā)人員面臨的難題。

聚氨酯膠粘劑是指在分子鏈中含有氨基甲酸酯基團（－NHCOO－）或異氰酸酯基（－NCO）的膠粘劑。

對某一雙組分聚氨酯配方快速混合均勻后，加載至Rheonaut聯(lián)用裝置上（圖2），控制固化溫度30℃。流變數(shù)據(jù)如圖3。固化前樣品表現(xiàn)為液態(tài)，黏性模量G”＞彈性模量G’，隨固化進(jìn)行，11.32 min黏彈性模量出現(xiàn)交點，即凝膠點。之后彈性模量G’大于黏性模量G”，樣品轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w性質(zhì)占主導(dǎo)。

圖3 聚氨酯固化40min流變結(jié)果

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在同一個流變固化實驗上，可原位得到聚氨酯固化過程的紅外譜圖，同時一個流變數(shù)據(jù)點對應(yīng)一張紅外譜圖（圖4）。

圖4 聚氨酯30℃固化實時紅外光譜圖

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通過選取3個特征時間點的光譜（圖5），即實驗開始，模量發(fā)生交點（凝膠點）和反應(yīng)最后的3張譜圖疊加。我們可以發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)過程中，異氰基團吸收強度不斷的降低，不斷的被消耗而酯基和氨基的吸收強度在提升，即生成了這些基團。利用紅外Omnic軟件還可生成時間-波數(shù)-吸收強度三維圖（圖6），更加直觀的觀察固化的機理。

圖5 3個特征時間點的紅外光譜

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圖6 聚氨酯固化時間-波數(shù)-吸收強度三維圖