[发明专利]一种原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯领域，尤其涉及一种利用原位漫反射红外光谱技术表征聚氨酯固化反应的方法。 

背景技术

聚氨酯用途广泛，可制成泡沫塑料、弹性体、涂料、胶黏剂、纤维、皮革以及铺面材料等品种，在材料工业中占有相当重要的地位。聚氨酯材料的性能除了与化学组成，制备工艺有关外，还与固化反应程度、固化行为等因素有关。因此研究聚氨酯基体固化反应及固化动力学对改善体系的性能，降低固化温度，缩短固化时间，改进工艺具有重要作用。光谱法、凝胶色谱法、核磁共振法是研究聚氨酯固化反应的常用方法，它们各有优势。

光谱法是利用红外光谱、近红外光谱等方法测试不同固化时间的聚氨酯的光谱，通过光谱峰面积、峰强度的变化预测聚氨酯的固化程度。凝胶色谱法是一种研究聚氨酯在溶液状态下固化的方法。核磁共振法是通过不同固化时间的核磁共振谱来研究聚氨酯的固化反应的方法。

2003年文庆珍、邹其超等人用傅里叶变换红外(FT-IR)研究了聚氨酯嵌段聚合物体系的固化反应动力学,他们的测试方法是将聚氨酯的预聚体与固化剂准确计量,按一定的摩尔比混合均匀,迅速涂在KBr晶片上,保持恒温状态,每隔一定时间进行一次红外扫描。这种方法不能对聚氨酯固化反应进行原位表征，聚氨酯固化反应如下：

2010年K. Hailu利用近红外光谱法和原位低场核磁共振法研究了端羟基聚丁二烯(HTPB)与异佛尔酮(IPDI)的固化反应。他们把HTPB与IPDI混合后迅速涂在检测器的表面，同时在两种仪器上进行测量。近红外光谱法定量测量需要首先建立定量模型，模型的建立不仅繁琐，而且应用范围有限。核磁共振法检测速度很慢，还需要对仪器进行改进，不能快速有效地对聚氨酯进行原位表证。

这些方法都有共同的缺点，那就是不能或很难对聚氨酯的固化进程实现原位监测，误差较大，而且不能检测固化表面固化剂的含量，不能满足准确测试胶粘剂表面固化程度的要求。

因此，寻找一种简单有效、能够原位准确地监测聚氨酯固化反应的方法十分必要。 

发明内容

鉴于现有技术的不足及研究聚氨酯固化反应的必要性，本发明目的在于提供一种原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法。旨在解决现有技术中不能或很难对聚氨酯的固化实现原位监测，误差较大的问题。

本发明的技术方案如下：

一种原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法，其中，包括以下步骤：

S1、将聚氨酯混合物均匀刮涂在洁净金属片上，将该金属片置于漫反射红外光谱仪的恒温水浴/油浴加热台上保持恒温状态，进行原位红外扫描；

S2、根据固化速度，选择扫描的时间间隔，每次扫描得到的都是金属片上同一位置上样品的漫反射红外光谱；以固化过程中-NCO峰面积变化为参考，扫描直到固化反应完全为止，得到随时间分布的混合物反射红外光谱；

S3、对固化过程中-NCO峰面积和内标峰的峰面积积分，由内标法根据峰面积的变化得到固化过程的表观反应固化度和/或由随时间分布的反射红外光谱得到固化过程中反应基团的浓度变化规律；调变恒温温度，测试不同温度下的-NCO峰面积的变化得到固化过程的表观反应固化度,计算动力学参数。

优选地，所述的原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法，其中，所述聚氨酯预聚混合物的获取采用如下方法：

将端羟基聚丁二烯和2，4-甲苯二异氰酸酯搅拌混匀得到聚氨酯混合物。

优选地，所述的原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法，其中，准确称量已知羟基值的端羟基聚丁二烯2.0 g，加入0.1181 g 2，4-甲苯二异氰酸酯，搅拌混匀得到n(NCO)/n(OH)=1聚氨酯混合物。

优选地，所述的原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法，其中，所述步骤S1中，将聚氨酯混合物均匀涂刮在洗净金属片中，控制样品厚度使其光谱最高峰不超过测量范围的90%。

优选地，所述的原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法，其中，所述步骤S1中，所述金属片为铜片、铝片或金片。

优选地，所述的原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法，其中，所述步骤S1中，加热温度在25℃-120℃间。

优选地，所述的原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法，其中，所述步骤S3中除根据峰面积外，还可由相关峰的峰高的变化得到固化过程的表观反应固化度。

优选地，所述的原位漫反射红外光谱表征聚氨酯固化反应的方法，其中，所述步骤S3中峰面积的求取由分峰拟合的方法得到或由积分的方法得到。