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低表面能材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚四氟乙烯(PTFE)等，由于具有价格便宜，高强度、耐溶剂浸湿、耐酸碱盐的腐蚀、质轻等优异性能，已广泛应用于工业和日常生活中。它们具有表面能低、存在不同程度结晶且存在弱边界层等特性，使得这类材料成了一类难以粘接和涂饰的材料，严重地限制了它们在许多领域的应用。对于这类材料的粘接，传统的方法，如等离子体处理、电晕、辐照、刻蚀或化学接枝等处理方法，由于具有环境不友好、操作不方便且可能破坏材料性能等缺点，限制了这些方法的广泛使用，所以无需对低表面能材料进行表面处理就能粘接的粘合剂成为了一个研究方向。近年来，出现了一类商品化的有机硼烷引发的丙烯酸酯聚合物，无需对低表面能材料进行表面处理就能达到很好的粘接效果，引起了许多研究者的兴趣和重视。但是，由于有机硼烷的氧化过程非常复杂，这类丙烯酸酯聚合物与低表面能材料的粘接机理还不明确，无法给这类聚合物的发展和提高提供进一步的理论支持；另一方面，丙烯酸酯类聚合物具有较差的流平性、较低的内聚强度以及韧性差等缺点，限制了此类聚合物的应用范围。聚氨酯(PU)是具有优异的机械性能、优良的耐磨性能、耐疲劳性、耐化学腐蚀及高抗冲性等性能的多用途聚合物材料，用它对丙烯酸酯聚合物进行改性，有望赋予丙烯酸酯聚合物一些特殊的性能。
本文的工作主要分为两部分，第一部分对有机硼烷促进低表面能材料的粘接机理进行了研究，第二部分对PU改性丙烯酸酯聚合物进行了研究。具体研究内容如下：
1．有机硼烷促进低表面能材料的粘接机理研究
基于模型化合物3-甲基戊烷（或苯）、自由基捕捉剂2-甲基-2-亚硝基-丙烷(MNP)或5，5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(DMPO)和三正丁基硼(TBB)的体系，通过电子顺磁共振波谱(ESR)研究了有机硼烷氧化过程和有机硼烷与模型化合物相互作用过程中可能存在的自由基，然后基于模型化合物3-甲基戊烷、链转移剂溴代三氯甲烷（BrCCl3）和三正丁基硼(TBB)的体系，利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)研究了有机硼烷与模型化合物相互作用后的产物，认为有机硼烷促进低表面能材料的粘接机理如下：有机硼烷单氧化成R2BOOR后以O-O键断裂方式得到RO·和其它自由基，除RO·的夺氢反应外，这些自由基从低表面能材料表面伯、仲和叔氢原子位置上（在这些氢原子存在的情况下）夺取氢原子得到低表面能材料表面大分子自由基，然后引发可自由基聚合单体进行接枝聚合或者被聚合物自由基终止接枝，从而促进低表面能材料的粘接。
利用GC-MS、FTIR-ATR、Raman和静态接触角测试研究了有机硼烷对PP材料的表面处理，研究发现，低表面能材料被处理后，材料表面没有产生含氧极性基团以及双键等不饱和基团，有机硼烷促进低表面能材料的粘接并不是由于材料表面能的改变以及材料表面的不饱和基团与可自由基聚合单体的接枝共聚导致的，为本文的粘接机理提供了进一步的支持。
研究了丙烯酸酯类单体对PP材料的接枝与粘接性能的关系。发现在不同活性的有机硼烷作为引发剂的条件下，聚丙烯酸酯对PP的粘接性能随着接枝率的升高而得到改善；在不同含量的有机硼烷作为引发剂的条件下，聚丙烯酸酯对PP的粘接性能与接枝率并不是呈简单的一致关系，粘接可能是由接枝点的数量决定的。
2．PU对丙烯酸酯聚合物的改性研究
首先研究了PU对丙烯酸酯聚合物的改性方式，以粘接剪切强度(LSS)作为衡量指标。研究发现，通过交联剂的方式引入PU，则可显著地改善聚丙烯酸酯对低表面能材料的粘接性能。
利用两步法合成了丙烯酸酯羟乙酯封端的PU(HEA-PU)，然后以TBB作为引发剂，引发HEA-PU与甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯进行共聚，并利用DMTA、TEM和LSS对共聚物进行了表征。结果表明：PU的引入可使聚丙烯酸酯对PP或PE的粘接性能得到显著地提高，LSS分别可达8.0MPa和3.0MPa，且损耗因子tanδ显著提高，有利于阻尼性能的改善。随着PU含量(PTMG-1000作为软段)的升高，共聚物的冲击性能和柔顺性逐渐得到改善，而适用时间逐渐缩短且tanδ呈现出降低的趋势：随着软段含量增加，适用时间更长，但对PP粘接的LSS有所下降，柔顺性呈现出变差的趋势，而tanδ以及对PE的粘接几乎未受到影响；以极性和结晶性更高的PBA作为软段的共聚物的内聚强度更高，但tanδ更低，LSS更低，适用时间更短，耐老化性能变得更差，而共聚物的柔顺性几乎没有受到影响。随着软段分子量的增加，以PTMG作为软段的共聚物对PP或PE粘接的LSS接近，而以PBA作为软段的共聚物的LSS却有较大的降低；以极性较低、结晶性较低的HTPB作为HEA-PU的软段，尽管共聚物的粘接性能仍较好，但适用时间却被大大的缩短了；共聚物对PP或PE的粘接，有机硼烷的烷基链段长度较低时比较理想。
在合成HEA-PU/聚丙烯酸酯共聚物的基础上，在体系中引入了另一PU（脲）交联网络，合成了PU（脲）/聚丙烯酸酯IPN聚合物，并利用DMTA、DSC、SEM和LSS对聚合物进行了表征。结果表明：通过聚醚二胺D-400与解络合剂IPDI反应引入聚脲相，聚合物的tanδ和柔顺性得到了改善，且在较宽的聚脲含量范围内，对PP或PE的粘接性能都比较理想：以极性更高的聚酯三元醇与解络合剂IPDI反应引入PU相，较通过D-400得到的IPN聚合物具有更高的内聚强度，相对于以PBA作为软段的HEA-PU/聚丙烯酸酯共聚物，具有更高的tanδ，且在很宽的PU范围内，具有较好的粘接性能，显著地提高了聚合物中的PU含量，有望赋予聚合物一些特殊的性能。