你知道粘結劑是怎么從液態(tài)變成固態(tài)的嗎？傳統(tǒng)的方法只能告訴我們它變硬的速度,，但卻不能告訴我們背后的化學變化,。通過將流變儀和紅外光譜結合，能使我們在觀察粘結劑固化的同時,，監(jiān)測背后的反應機理,，從而開發(fā)出更高效的產(chǎn)品。

粘結劑的開放時間,、固化時間,、粘合強度等是粘結劑產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn),、應用的重要性能指標,，流變儀是表征這些性能參數(shù)的理想工具。

賽默飛哈克（HAAKE）推出的專利Rheonaut模塊可將流變儀與紅外光譜儀聯(lián)用,，能在固化過程中檢測粘結劑流變性能變化的同時收集紅外光譜，跟蹤粘結劑化學結構變化，計算反應動力學,，有效提高產(chǎn)品分析和開發(fā)效率,。

圖1：哈克MARS流變儀、Rheonaut模塊和傅里葉變換紅外光譜儀聯(lián)用裝置

通過HAAKE Rheowin軟件,，同時控制流變儀和紅外光譜,，對一種消費級雙組分丙烯酸酯粘結劑進行固化檢測。

最初丙烯酸酯主要表現(xiàn)為黏性,，黏性模量G”大于彈性模量G’,。隨著快速固化反應，3.2分鐘后達到黏彈性模量的交點,，即凝膠點（G' = G''）,。在此之前，必須將兩個要粘合的基體連接并固定好,。該點之后粘結劑主要表現(xiàn)為彈性,，10分鐘后粘結劑達到最終強度。

圖2：丙烯酸酯粘結劑的流變曲線圖（點擊查看大圖）

聯(lián)用過程中每個流變數(shù)據(jù)可對應一張紅外光譜,。在流變學測試持續(xù)的25分鐘內共收集了115張紅外光譜,。把第一張光譜和最后一張光譜疊加（圖3）分析，1637 cm?¹處的信號是丙烯酸酯單體中C= C鍵的特征信號,，其隨時間的減少說明了在固化反應過程中單體的消耗,。1241 cm?¹處的信號是固化過程中形成的聚丙烯酸酯中O=C-O-C酯鍵的特征信號。

圖3：第一張紅外光譜（藍色）和25分鐘后的最后一張紅外光譜（紅色）（點擊查看大圖）

賽默飛的OMNIC軟件可將連續(xù)采集的光譜按時間,、波數(shù),、強度繪成三維圖（圖4），可更直觀分析反應的進程（圖7）,。

圖4：三維圖,，展示了樣品固化過程中收集的紅外光譜隨時間的變化（點擊查看大圖）

當彈性模量在10分鐘后達到平衡時（圖5），由于單體在固化粘結劑中的流動性降低,，單體的減少速度顯著減慢,。酯鍵的增加速度也減慢了，但仍然是單體減少速度的兩倍,。這表明與主導固化初始階段的游離單體反應相比，分子內過程在最終固化階段更為重要,。

有了這些信息,，就可理解固化過程為什么會這樣進行。隨后,，就可以有針對性地優(yōu)化粘結劑或設計全新的配方：例如選擇添加更多單體,，還是提高溫度以增加現(xiàn)有單體的流動性。

圖5：樣品模量的增加（紅色和藍色）與單體信號的減少（綠色）和聚合物酯鍵信號的增加（黑色）相對應（點擊查看大圖）