聚氨酯胶粘剂的固化——流变仪与红外光谱联用

开发聚氨酯胶粘剂时，如何快速掌握从液态到固态的固化过程，并深入了解反应背后的分子机制，一直是研发人员面临的难题。

聚氨酯胶粘剂是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团（－NHCOO－）或异氰酸酯基（－NCO）的胶粘剂。

对某一双组分聚氨酯配方快速混合均匀后，加载至Rheonaut联用装置上（图2），控制固化温度30℃。流变数据如图3。固化前样品表现为液态，黏性模量G”＞弹性模量G’，随固化进行，11.32 min黏弹性模量出现交点，即凝胶点。之后弹性模量G’大于黏性模量G”，样品转变为固体性质占主导。

图3 聚氨酯固化40min流变结果

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在同一个流变固化实验上，可原位得到聚氨酯固化过程的红外谱图，同时一个流变数据点对应一张红外谱图（图4）。

图4 聚氨酯30℃固化实时红外光谱图

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通过选取3个特征时间点的光谱（图5），即实验开始，模量发生交点（凝胶点）和反应最后的3张谱图叠加。我们可以发现，反应过程中，异氰基团吸收强度不断的降低，不断的被消耗而酯基和氨基的吸收强度在提升，即生成了这些基团。利用红外Omnic软件还可生成时间-波数-吸收强度三维图（图6），更加直观的观察固化的机理。

图5 3个特征时间点的红外光谱

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图6 聚氨酯固化时间-波数-吸收强度三维图