聚氨酯的结构与性能

聚氨酯属于反应型高分子材料，其中的氨基甲酸酯基团是由异氰酸酯官能团和羟基反应生成的。聚氨酯是由聚亚氨酯和多元醇在催化剂和其它助剂存在下加成聚合反应而生成。如此，聚亚氨酯是一个含有两个以上异氰酸官能团的分子，而多元醇是一个含有两个以上羟基官能团的分子。商业制造时，液态异氰酸酯和包含多元醇、催化剂和其它助剂的混合物反应生产聚氨酯，这两种组分即通常所指的聚氨酯配方体系。北美称异氰酸酯为A组分，或叫“ISO”，多元醇和其它助剂的混合物被称为B组分，或叫“POLY”，这种混合物有时也被称作树脂或树脂混合物。在欧洲，A组分和B组分正好相反。树脂混合的主剂可以包括链增长剂、交联剂、表面活性剂、阻燃剂、发泡剂、颜料和填料。

聚氨酯可看作是一种含有软链段和硬链段的嵌段共聚物（～软段～硬段～软段～硬段～软段～）。软段由低聚物多元醇（通常是聚醚或聚酯二醇）组成，硬段由多异氰酸酯或其与小分子扩链剂组成。由于非极性、低熔点的软段与极性的、高熔点的硬段热力学不兼容，产生微观相分离，在聚合物体内部形成相区或微相区。而聚氨酯的粘弹性就来自硬段和软段的相分离。聚氨酯中存在氨酯、脲、酯、醚等基团产生广泛的氢键，其中氨酯和脲键产生的氢键对硬段相区的形成具有较大的贡献。聚氨酯的硬段起增强作用，提供多官能团度物理交联（即形成氢键而起“交联”作用），软段基体被硬段相区交联。

软段是由低聚物多元醇构成的，这类多元醇的分子量通常在600-3000之间。一般来说，软段在PU中占大部分，不同的低聚物多元醇与二异氰酸酯制备的PU性能各不相同。软段的结晶性对最终聚氨酯的机械强度和模量有较大的影响。特别在收到拉伸时，由于应力而产生的结晶化（软段规整化）程度越大，拉伸强度越大。PU结晶性与其软段低聚物的结晶性基本一致。结晶作用能成倍地增加粘结层的内聚力和粘结力。软段的分子量对聚氨酯的力学性能有影响。

硬段由多异氰酸酯或多异氰酸酯与扩链剂组成。异氰酸酯的结构对PU材料的性能有很大的影响。扩链剂对PU性能也有影响。提高PU中硬段的含量通常使硬度增加、弹性降低，且一般来说，聚氨酯的内聚力和粘结力亦得到提高。但若硬段含量太高，由于极性基团太多会约束聚合物链段的活动和扩散能力，有可能降低粘接力。含有游离—NCO基团的胶黏剂却不是如此，因为—NCO会与基材表面发生化学作用。

对于大多数反应性PU胶粘剂体系来说，PU分子量对胶粘剂粘接强度的影响主要应从固化前的分子扩散能力、官能度及固化产物的韧性、交联密度等综合因素来看。分子量小则分子活动能力和胶液的润湿能力强，是形成良好粘接的一个条件，倘若固化时的分子量增长不够，则粘接强度仍较差。胶粘剂中预聚体的分子量大则初始粘接强度好，分子量小则初粘力小。