水性聚氨酯（WPU）是指以水代替有機(jī)溶劑作為溶劑為分散介質(zhì)，體系中不含或含有極少量有機(jī)溶劑的聚氨酯。它不但具有不燃，無毒、不污染環(huán)境，節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，而且具有一般聚氨酯樹脂所固有的高強(qiáng)度，耐磨損等優(yōu)異性能，因此獲得了廣泛的應(yīng)用，成為國內(nèi)外的熱門課題。

      水性聚氨酯是通過在主鏈上引入親水基團(tuán)使其在水中分散得到穩(wěn)定的乳液，親水基團(tuán)含量直接影響著水性聚氨酯的性能。對于磺酸型陰離子水性聚氨酯，合肥恒天采用 DHPA 作為親水?dāng)U鏈劑在聚氨酯鏈段引入強(qiáng)親水基團(tuán)，即羧基，通過改變DHPA 的含量，研究了親水?dāng)U鏈劑對水性聚氨酯乳液及其涂膜性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 性能測試

      1.1.1 分散體粘度測試 用 NDJ-8S 數(shù)字顯示粘度計，測得各分散體在 25℃ 士 1℃ 下的粘度。

      1.2.2  乳液粒徑的測定 Brookhaven Instrument 公司ZetaPLAS 粒度測定儀測定。

      1.2.3 拉伸剪切強(qiáng)度的測定參照 GB7124-86，儀器為島津 AG－ 2000A 型材料學(xué)測試儀，試樣基材為鋼板，尺寸為長伊寬伊厚越100伊25伊1，單位為mm，搭接長度為 12.5mm，涂膠后，晾置稍干合攏，室溫放置 24h 后，在 60℃ ～ 100℃ 之間烘24h，以備測試。

      1.2.4 穩(wěn)定性測定室溫靜置觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1  對乳液外觀的影響

      DHPA 的含量對水性聚氨酯乳液外觀的影響見表 1。

      以形成穩(wěn)定的乳液，得到的乳液出現(xiàn)分層現(xiàn)象； DHPA 含量過高時，乳化時發(fā)生凝膠，也得不到穩(wěn)定的乳液。當(dāng) DHPA 的含量在 5％～ 7％ 之間時，乳液的外觀和穩(wěn)定性都較佳。水性聚氨酯乳液的外觀與 DHPA 含量多少有密切的聯(lián)系，乳化時，相同的剪切力作用下，DHPA 的含量越多，則乳液的粒徑越細(xì)，甚至完全溶于水，形成膠體溶液，得到的乳液越透明，越穩(wěn)定。從表 1 中還可以看出乳液粘度隨 DHPA 含量增加而增大，這是因?yàn)镈HPA 含量越大，PU 鏈的親水性增加，分子鏈在水中就越舒展，體系的粘度就越大。DHPA 含量太低，顆粒表面帶有的親水基團(tuán)數(shù)目少，不足以使其穩(wěn)定分散在水中；而當(dāng) DHPA 含量過高時，形成的硬段含量相應(yīng)的增加，分子的內(nèi)聚力增加，使得分子鏈運(yùn)動困難，從而使親水基團(tuán)向粒子表面的遷移困難，使預(yù)聚物難以乳化。

2.2 對乳液粒度的影響

      表2 中給出了用 Brookhaven Instrument 公司 ZetaPLAS 粒度測定儀測定的 20℃ 不同 DHPA 含量樣品的粒徑及其分布數(shù)據(jù)，圖 1，圖 2 ，圖 3 則是不同樣品的粒度及其分布圖。

      從表 2 中可以看出，隨著 DHPA 含量的增加，乳液粒子尺寸減小，與文獻(xiàn)的結(jié)論一致。從表 2 中還可以看出，隨著 DHPA 含量的增加，不論是無規(guī)線團(tuán)，還是乳膠粒子，其多分散性都減小，這說明其分布變窄。這是由于當(dāng)羧基含量越大，親水性就越強(qiáng)，越容易乳化，溶液水分子進(jìn)入聚氨酯分子鏈間的速度越快，乳化進(jìn)而形成乳膠粒子的過程所需時間就越短，因此每個乳膠粒子形成的時間間隔就越小，乳膠粒子也就越均勻，因此分布也就越窄。

      從圖 1,圖 2,圖 3 中都可以看出,水性聚氨酯乳液粒子都存在三個分布, 水性聚氨酯之所以有粒度分布,主要原因有兩個：一個是水性聚氨酯預(yù)聚體的分子量存在分布, 造成水性聚氨酯的分子鏈長短不一,親水性能大小也不同,受到溶劑水分子的溶劑化影響時間不同; 二是乳液采用的是相反轉(zhuǎn)技術(shù),對于油溶性的聚氨酯分子來說,必定存在進(jìn)入水相的次序有先后之分, 先進(jìn)入水相的分子,由于體系正處于高粘度期,使得難攪拌以致完全分離開來,因此而形成膠粒較大的粒子,而后進(jìn)入水相中的聚氨酯分子, 由于先前的膠粒已經(jīng)形成,使體系的粘度有所降低,因而易于分散乳化,形成的膠粒尺寸就較小。

2.3 對涂膜力學(xué)性能的影響

      在R 值為 2.5，其它條件不變的情況下，通過改變親水基團(tuán)含量及 DHPA 在親水基團(tuán)中的含量，制備一系列水性聚氨酯乳液制膜，其力學(xué)性能如圖 4、圖 5 所示。

      由圖 4、圖 5 可見，在含有 DHPA 的膠膜中，隨著親水基團(tuán)含量的增加，膜的拉伸強(qiáng)度基本呈上升趨勢，而伸長率呈先上升后下降趨勢。原因之一是親水基團(tuán)含量的增加，使得 PU 鏈段結(jié)構(gòu)中硬段的含量增加，相對而言由多元醇構(gòu)成軟段比例下降，這種軟硬之間的相互比例直接決定其力學(xué)性能；二是因?yàn)樾》肿佑H水?dāng)U鏈劑用量的增加，分子結(jié)構(gòu)中硬段含量提高，分子內(nèi)庫侖力和氫鍵作用都增加，硬段的結(jié)晶性的提高，使軟、硬段間的微相分離程度提高，導(dǎo)致膠膜的拉伸強(qiáng)度和硬度均有提高。同時軟段含量相對減小，導(dǎo)致涂膜的柔韌性下降。由兩圖可知，當(dāng) DHPA%=5% 時，膠膜的力學(xué)性能最佳。

3 結(jié) 論

      以 DHPA 作為制備水性聚氨酯乳液的親水?dāng)U鏈劑，其含量的多少對乳液及其涂膜性能有顯著的影響。當(dāng) DHPA 含量控制在 5 %~7 % 之間時，可以制得比較穩(wěn)定的乳液，且乳液的粘度隨著DHPA 含量的增大而增大。用 ZetaPLAS 粒度測定儀測定的 20℃ 不同 DHPA 含量的樣品的粒徑及其分布數(shù)據(jù)表明，隨著 DHPA 含量的增加，乳液粒子粒徑減小，其粒度分布也變窄，說明分散性變好。DHPA 含量對涂膜的力學(xué)性能有顯著影響，涂膜的拉伸剪切強(qiáng)度隨著 DHPA 含量的增大而增大，而斷裂伸長率卻隨之減小。

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