影響聚氨酯膠粘劑性能的基本因素

聚氨酯制品品種繁多、形態(tài)各異，影響各種聚氨酯膠粘劑制品性能的因素很多，這些因素之間相互有一定的聯(lián)系。對(duì)于聚氨酯彈性體材料和泡沫塑料，性能的決定因素各不相同，但有一些共性。

1、基團(tuán)的內(nèi)聚能

聚氨酯材料大多由聚酯、聚醚等長(zhǎng)鏈多元醇與多異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑或交聯(lián)劑反應(yīng)而制成。聚氨酯的性能與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，而基團(tuán)是分子的基本組成成分。通常，聚合物的各種性能，如機(jī)械強(qiáng)度、結(jié)晶度等與基團(tuán)的內(nèi)聚能大小有關(guān)。聚氨酯分子中，除含有氨基甲酸酯基團(tuán)外，不同的聚氨酯制品中還有酯基、醚基、脲基、脲基甲酸酯基、縮二脲、芳環(huán)及脂鏈等基團(tuán)中的一種或多種。

酯基的內(nèi)聚能比脂肪烴和醚基的內(nèi)聚能高；脲基和氨基甲酸酯基的內(nèi)聚能高，極性強(qiáng)。因此聚酯型聚氨酯的強(qiáng)度高于聚醚型和聚烯烴型，聚氨酯-脲的內(nèi)聚力、黏附性及軟化點(diǎn)比聚氨酯的高。聚氨酯材料的結(jié)晶性、相分離程度等與大分子之間和分子內(nèi)聚能有關(guān)，這些與組成聚氨酯的軟段及硬段種類有關(guān)，也即與基團(tuán)種類及密集程度有關(guān)。

2、氫鍵

氫鍵存在于含電負(fù)性較強(qiáng)的N原子、氧原子的基團(tuán)和含H原子的基團(tuán)之間，與基團(tuán)內(nèi)聚能大小有關(guān)，硬段的氨基甲酸酯或脲基的極性強(qiáng)，氫鍵多存在于硬段之間。據(jù)報(bào)道，聚氨酯中的多種基團(tuán)的亞氨基（NH）大部分能形成氫鍵，而其中大部分是NH與硬段中的羰基形成的，小部分與軟段中的醚氧基或酯羰基之間形成的。與分子內(nèi)化學(xué)鍵的鍵合力相比，氫鍵是一種物理吸引力，它比原子之間的鍵合力小得多，但大量氫鍵的存在，在極性聚合物中是影響性能的重要因素之一。氫鍵具有可逆性，在較低溫度，極性鏈段的緊密排列促使氫鍵形成；在較高溫度，鏈段接受能量而活動(dòng)，氫鍵消失。氫鍵起物理交聯(lián)的作用，它可使聚氨酯彈性體具有較高的強(qiáng)度、耐磨性。氫鍵越多，分子間作用力越強(qiáng)，材料的強(qiáng)度越高。

3、結(jié)晶性

結(jié)構(gòu)規(guī)整、含極性及剛性基團(tuán)多的線型聚氨酯，分子間氫鍵多，材料的結(jié)晶程度高，這影響聚氨酯的某些性能，如強(qiáng)度、耐溶劑性，聚氨酯材料的強(qiáng)度、硬度和軟化點(diǎn)隨結(jié)晶程度的增加而增加，伸長(zhǎng)率和溶解性則降低。對(duì)于某些應(yīng)用，如單組分熱塑性聚氨酯膠黏劑，要求結(jié)晶快，以獲得初黏力。某些熱塑性聚氨酯彈性體因結(jié)晶性高而脫?？?。結(jié)晶聚合物經(jīng)常由于折射光的各向異性而不透明。

若在結(jié)晶性線型聚氨酯中引入少量支鏈或側(cè)基，則材料結(jié)晶性下降，交聯(lián)密度增加到一定程度，軟段失去結(jié)晶性，整個(gè)聚氨酯彈性體可由較堅(jiān)硬的結(jié)晶態(tài)變?yōu)閺椥暂^好的無(wú)定形態(tài)。在材料被拉伸時(shí)，拉伸應(yīng)力使得軟段分子基團(tuán)的規(guī)整性提高，結(jié)晶性增加，會(huì)提高材料的強(qiáng)度。硬段的極性越強(qiáng)，越有利于材料的結(jié)晶。

4、交聯(lián)度

分子內(nèi)適度的交聯(lián)可使聚氨酯材料硬度、軟化溫度和彈性模量增加，斷裂伸長(zhǎng)率、永久變形和在溶劑中的溶脹性降低。對(duì)于聚氨酯彈性體，適當(dāng)交聯(lián)，可制得機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良、硬度高、富有彈性，且有優(yōu)良耐磨、耐油、耐臭氧及耐熱性等性能的材料。但若交聯(lián)過(guò)度，可使拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等性能下降。

聚氨酯化學(xué)交聯(lián)一般是由多元醇（偶爾多元胺或其他多官能度原料）原料或由高溫、過(guò)量異氰酸酯而形成的交聯(lián)鍵（脲基甲酸酯和縮二脲等）引起的。與氫鍵引起的物理交聯(lián)相比，化學(xué)交聯(lián)具有較好的熱穩(wěn)定性。

聚氨酯泡沫塑料是交聯(lián)型聚合物，其中軟質(zhì)泡沫塑料由長(zhǎng)鏈聚醚（或聚酯）二醇及三醇與二異氰酸酯和擴(kuò)鏈交聯(lián)劑制成，具有較好的彈性、柔軟性；硬質(zhì)泡沫塑料由高官能度、低分子量的聚醚多元醇與多異氰酸酯（PAPI）等制成，由于很高的交聯(lián)度和較多剛性苯環(huán)的存在，材料較脆。

5、分子量

線型聚氨酯（彈性體）的分子量在一定程度內(nèi)對(duì)力學(xué)性能有較大的影響，分子量的增加，則聚氨酯材料的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和硬度增加，而在有機(jī)溶劑中的溶解性下降。對(duì)高交聯(lián)度的聚氨酯材料，如泡沫塑料、涂料等，分子量并非是影響其性能的主要因素。

6、溫度

溫度對(duì)聚氨酯分子的形態(tài)結(jié)構(gòu)有影響，并影響到材料的性能。聚氨酯的初始反應(yīng)溫度可影響分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性；熱熟化既使反應(yīng)基團(tuán)完全反應(yīng)，又使得基團(tuán)和鏈節(jié)有機(jī)會(huì)排列有序；較高溫度反應(yīng)，可使得線型分子鏈形成少量支化和交聯(lián)；而常溫后熟化或低溫放置，可使得聚合物分子鏈間形成氫鍵，并產(chǎn)生適度的相分離，有利于性能的提高。