胶粘剂将材料粘合在一起，无论它们是相似还是不同。这包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料。它们通过对这些材料的表面施加力来形成化学键和物理键以完成此任务。已经开发、修改并商业化了多种基于聚合物的胶粘剂体系，用于广泛的应用，包括环氧、丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯 (PVA)、聚氨酯和杂化树脂基胶粘剂 [1]。每种胶粘剂都具有独特的性能，使其适用于特定应用，从而对制造、建筑和日常维修的进步做出了重大贡献 [2], [3], [4]。
然而，自 1937 年由拜耳及其同事发现以来，聚氨酯胶粘剂一直是该家族传统的一部分 [5]。PU 是通过多异氰酸酯与二官能或多官能羟基或氨基 moiety 的多加成聚合反应合成的。由于其独特的化学结构包含交替排列的硬段和软段，它们被认为是更具多功能性的材料。在胶粘剂中，硬 NCO 段赋予物理机械强度，而软 OH 段提供润湿性能。PU 胶粘剂表现出多种 advantageous 特性，包括通过极性相互作用对多种基材具有强粘附力，由于尺寸小且分子量低而能有效渗透到多孔材料中，以及可针对特定应用要求进行定制的灵活性 [1], [6], [7]。尽管有所有这些好处，但也存在一些缺点，包括耐强酸能力低、寿命短、固化期间对湿气敏感、自内聚力和热稳定性高 [8], [9], [10], [11], [12]。为了在一定程度上克服这一限制，研究人员采用了不同的策略，如基材表面改性 [13]、硅烷化 [14]、定制树脂分子结构 [15], [16], [17] 以及与其他聚合物树脂共混 [11], [18], [19]。
由于硅烷和聚氨酯的协同效应，硅烷化策略更受欢迎 [20]。硅烷在 PU 胶粘剂中起着至关重要的作用，通过功能化聚醇和二异氰酸酯 [21]，促进纳米粒子在聚合物基质内的均匀分散 [13]，充当胶粘剂树脂与基材之间的偶联剂 [22], [23]，提高耐湿性和热稳定性 [24], [25], [26]，并实现无溶剂胶粘剂的开发 [17]。此外，硅氧烷结构有两个端，即官能团 (FG) (乙烯基、环氧基、氨基、异氰酸酯基等) 和烷氧基 (甲氧基和乙氧基)。通常，FG 与聚合物树脂形成化学键，而烷氧基与基材形成物理和化学键 [27], [28]。在将硅烷添加到聚合物树脂之前和之后，烷氧基应进行水解。Guillaume 等人最近的一篇综述 [29] 提供了用于合成硅烷改性聚合物的各种化学改性策略的全面概述，包括原位功能化和聚合后路线。
SPU 胶粘剂提供许多优势，包括优异的粘附力 (金属、玻璃、塑料和混凝土)、湿气固化能力、高柔韧性和弹性、增强的耐湿性、低挥发性有机化合物 (VOCs) 排放以及许多其他理想的性能特性。D. Ren 等人 [30] 研究了液体预聚物中硬段含量对固化后木材胶缝的影响。由聚亚甲基双 (苯基异氰酸酯) 和聚丙二醇制备的预聚物，其可变硬段含量 (53.5–72.5%) 显著影响 PU 胶粘剂的性质，并与预聚物粘度和 Tg 的增加相关。尽管如此，固化膜中更多的氢键合脲，以及在木材胶缝的情况下，改善了胶粘剂的渗透性。P. Sivakumar 等人 [23] 研究了不同类型硅烷对 PU、聚氨酯丙烯酸酯 (PUA) 以及两者在锡 (Sn) 基材上的涂层粘接行为的影响。他们发现，基于异氰酸酯的硅烷为 PU 和 PU + 硅橡胶 (SR) 涂层提供了优异的粘附力，而基于丙烯酸的硅烷则为锡表面的 PUA 和 PUA + SR 提供了优异的粘附力。他们得出结论，选择具有有机官能团的硅烷偶联剂对于提高涂层的粘附质量起着至关重要的作用。F. Moghaddam 等人 [13] 通过溶胶 - 凝胶过程和迈克尔加成反应制备了由 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 (MPS) 和 γ-氨丙基三乙氧基硅烷 (APTES) 改性的二氧化硅纳米粒子，并将改性材料引入氨基甲酸酯丙烯酸酯胶粘剂中，以研究其粘接性能。与纯氨基甲酸酯丙烯酸酯胶粘剂相比，改性氨基甲酸酯丙烯酸酯胶粘剂显著提高了剪切强度，这表明结构影响对粘附强度的改善。硅氧氨基甲酸酯键可以通过硅醇功能基团与异氰酸酯终止的聚氨酯链的反应形成，将可水解和湿气响应的硅烷功能团引入聚合物结构中。随后这些硅烷基团的水解和缩合可以产生 Si-O-Si 交联，生成具有可调节的力学和界面性能的杂化聚氨酯 - 硅氧烷网络 [31], [32]。根据上述文献，可以得出结论，许多关键参数，包括 OH:NCO 摩尔比、硬段相、界面内聚力和所用硅烷类型，在增强 SPU 胶粘剂的粘附性能方面起着至关重要的作用。
基于上述讨论，本研究旨在通过调整 OH:NCO 摩尔比和增加 VTMS 含量来研究 SPU 胶粘剂体系的特性。这项工作是我们先前研究 [33] 的延伸，在该研究中，通过溶液聚合合成了 SPU 胶粘剂，使用返滴定法量化了游离 NCO 含量，并优化了硅烷水解参数，以阐明硅烷掺入对物理化学性质的影响。在本工作中，研究了 OH:NCO 摩尔比与 VTMS 协同效应对 SPU 胶粘剂热行为、表面润湿性、结晶行为和粘接性能的影响。这项系统性研究旨在建立结构 - 性能关系并确定决定粘接性能的关键因素。
