2.1 结构表征

    空白组和蓖麻油组聚氨酯胶粘剂的红外光谱如图1所示。

    由图 1 可知：3350cm-1处为 N—H 键的特征吸收峰，1225cm-1处为C—N键的特征吸收峰，说明胶粘剂固化产物中已经有—NHCOO—的生成。1737cm-1处为 C=O 特 征 吸 收 峰 ，2890cm-1 为 —CH3 键的非对称伸缩振动峰，2931cm-1分别为 —CH2键的对称伸缩振动峰，1584及1455cm-1都 是苯环骨架特征吸收峰。蓖麻油组的红外光谱1435cm-1处为蓖麻油中的 C=C 双键的特征吸收峰，说明蓖麻油作为多元醇组分成功引入聚氨酯分子长链上。两条红外光谱曲线中，2262cm-1左右没有特征吸收峰出现，证明游离—NCO基团已经与多元醇组分或空气中的微量水蒸气反应生成聚氨酯。

2.2 不同R值制备的胶粘剂的固含率、外观及表干时间

    对于单组分湿固化聚氨酯胶粘剂来说，—NCO 基团和—OH 基团的物质的量之比对于胶粘剂的外观及表干时间都有一定程度的影响。经过多次重复试验以确定 R 值的选择范围（1.5~3.5），结果如表1所示。

    由表 1 可知：聚氨酯胶粘剂的固含率都是随着R值不断增大而增大，外观从半透明逐渐变为透明， 聚氨酯胶粘剂的表干时间随着—NCO 基团含量的增大而缩短。这是因为聚氨酯胶粘剂中游离的异氰酸酯基团含量越大，与空气中微量水分子反应的时间就越短，固化所需的时间越短，表干时间也就越短。

2.3 R值对胶膜性能的影响

    随着 R 值的增大，单组分湿固化聚氨酯胶粘剂的拉伸强度、断裂伸长率的变化趋势，结果如图2所示。其中，图 2a）为空白组聚氨酯胶粘剂，图2b）的多元醇部分组分用蓖麻油代替。由图2a）可知：空白组胶粘剂的拉伸强度随着R值的增大首先呈增大趋势，当 R=2.5时拉伸强度达到最大值（4.568MPa），之后随着R值的增大而减小，总体呈现一个抛物线的趋势；而断裂伸长率随着R值的不断增大而逐渐递减。这是因为随着—NCO 含量的增大，—NCO基团和—OH基团发生反应生成的脲键增多，从而加大了体系的交联密度，使得聚氨酯胶粘剂的拉伸强度在R=2.5 的时候达到最大。但聚氨酯胶粘剂中过量的—NCO基团越来越多时，体系内部的分子长链互相堆叠，使得分子内的结晶及微观相结构分布不均匀，导致拉伸强度和断裂伸长率都减小。 

    由图2b）可知：由于蓖麻油的平均官能度较大， 当R值不断增大时，体系的交联密度也随之增大，使 得各个组分之间相容性更好。同时在胶粘剂发生固化的过程中，蓖麻油上的C=C双键被氧化而自交联，使得蓖麻油组聚氨酯胶粘剂的拉伸强度大于空白组 1 MPa左右。另外，由于蓖麻油与其他等分子量的多元醇相比具有交联密度高这一特点，阻碍 了分子链的迁移和降低了聚氨酯分子链柔韧度，使其难以舒展，所以断裂伸长率不断下降。可见蓖麻油的加入不但更环保低廉，而且也改善了聚氨酯胶粘剂的性能。随着 R 值的增大，蓖麻油组胶粘剂的粘接强度先增大后减小，并且当R=2.5时，胶粘剂的粘接强度达到最大值，拉伸强度达到5.229MPa，断裂伸长率为247%。 

2.4 R值对胶粘剂性能的影响

    本研究在三种基材 a）钢-钢、b）木板-木板、c）PVC-PVC上施胶，测定其拉伸剪切强度。观察随着R值的变化，空白组和蓖麻油组胶粘剂的拉伸剪切强度变化趋势，具体结果如图3所示。由图3可知：无论是空白组还是蓖麻油组制备的胶粘剂，拉伸剪切强度都是随着R值先增大后减小 。R=2.5 时 ，蓖麻油组 的 钢 材 剪 切 强 度 为3.245MPa，木材剪切强度为3.098MPa，PVC材料剪切强度为3.631MPa，与仅用聚丙二醇作多元醇组 分制备的空白组聚氨酯胶粘剂相比，添加一定量的蓖麻油在不同程度上增加了胶粘剂的拉伸剪切强度。此时的胶粘剂具有高交联性、高兼容性的特点，想要打破这种作用就需要更大的外力。但当继续增大R值时，—NCO基团含量继续增大，硬段比例也随之增大，打破了原有软段、硬段的含量平衡， 破坏了各个胶层之间的内聚力，影响了聚氨酯胶粘 剂内部的结晶性，使得剪切强度反而呈现下降 趋势。

2.5 胶膜耐水性分析

    制备不同R值的蓖麻油组胶粘剂，观察聚氨酯胶粘剂胶膜吸水率随时间的变化趋势及R值对其吸水率的影响，具体结果如图4所示。

    由图4可知：随着R值不断增大，胶膜的吸水率不断减小，可知聚氨酯胶粘剂的耐水性越来越好。多元醇部分含有羟基基团，有较好的亲水性，所以当R值较小、软段含量相对较大时，吸水率较大。但随着异氰酸酯基团含量的逐渐增大，得到的聚氨酯聚合物交联密度也逐渐增大。硬段含量的增大使得分子链的运动受到限制，可移动的部分减少，分 子链相互堆叠的部分相对增多，导致一些亲水相部分被硬段交联部分包裹，形成一种网状结构，使得水分子进入困难。

2.6 固化时间对聚氨酯胶粘剂粘接强度的影响

    将蓖麻油组聚氨酯胶粘剂按照测试钢-钢拉伸 剪切强度的要求搭接好7个试样，分别进行 1、3、5、7、9、11 和 13 d 拉伸剪切强度测试，具体结果如图5所示。

    由图5可知：随着时间的不断增长，聚氨酯胶粘 剂的拉伸剪切强度逐渐增大，从8d开始基本保持不变。在实际应用中，施胶后的结构件在放置7~9d后应用效果较佳，此时胶粘剂的粘接强度较大。

2.7 聚氨酯胶粘剂的耐低温性

    确定 R=2.5，制备空白组和蓖麻油组单组分聚 氨酯胶粘剂，分别涂抹搭接钢-钢、木板-木板、PVC-PVC的拉伸剪切试样。将其放入冰箱中，设置温度为−20℃，分别在 5、10、15、20、25 和30d时将其取出，测量其拉伸剪切强度，具体结果如图 6所示。

    由图6可知：添加一定量的蓖麻油后，聚氨酯胶粘剂在三种基材（钢-钢、木板-木板、PVC-PVC）上 的粘接强度均得到一定程度上的提高。这是因为蓖麻油的分子链上有极性较强的酯基，酯基可以使分子内极性基团的作用力增强，分子间氢键作用增大，内聚能增加所致。经过长达30d的低温冷冻处理，无论是蓖麻油组还是空白组粘接强度都没有明 显的损失，甚至部分还有提高，说明单组分聚氨酯 胶粘剂在抗低温性方面十分优异。

2.8 聚氨酯胶粘剂的耐湿热性
    确定 R=2.5，制备空白组和蓖麻油组单组分聚氨酯胶粘剂，分别涂抹搭接钢-钢、木板-木板、PVC-PVC的拉伸剪切试样。将其放入恒温恒湿箱， 设置湿度为70%RH、温度为65 ℃，分别在5、10、15、20、25和30d时将其取出，测量其拉伸剪切强度，具体结果如图7所示。

    由图7可知：蓖麻油组的粘接强度高于空白组， 在时间5~15d之内，聚氨酯胶粘剂的拉伸剪切强度变化相对较大，15d之后两组都基本没有变化。湿热状态较常温状态相比，胶粘剂的剪切强度都有少量的损失。这是因为高温、高湿的状态对于湿固化的聚氨酯胶粘剂来说，反应固化得更快，所以产生的CO2不能及时释放，造成胶粘剂内部结构破坏，内聚力减小。对于钢-钢、PVC-PVC这两种基材，蓖麻油组和空白组的粘接强度差距不大；而对于木板木板这种基材，粘接强度有差距且有一定损失。这是因为与钢材和PVC材料相比，木材本身表面疏松多孔，湿热条件存水更多，因此加入蓖麻油后，胶粘剂的耐湿热性得到一定程度的提高。