在制革行業(yè)中，一般需要借助化工材料，經(jīng)過一定的物理化學處理等來使革面產(chǎn)生光澤，通常把能夠賦予革面光澤的涂飾材料稱為光亮劑。涂飾質(zhì)量的好壞會直接影響成品革的價值，對于滿足市場需求，增加企業(yè)經(jīng)濟效益等方面起著非常重要的作用。

      通常皮革涂飾工藝中使用的光亮劑可分為：聚丙烯酸酯類光亮劑、硝化棉類光亮劑、蛋白類光亮劑、聚氨酯類光亮劑。聚丙烯酸酯樹脂乳液作為皮革光亮劑存在熱黏冷脆的缺點，硝化棉類光亮劑存在涂膜較硬，不耐老化，易黃變，透氣性差等缺點，蛋白質(zhì)類光亮劑存在膜較硬脆，延伸率小，易產(chǎn)生散光，裂漿等問題，而水性聚氨酯皮革光亮劑具有良好的衛(wèi)生性、成膜性、柔韌性、耐撓曲性等優(yōu)點，是現(xiàn)代制革企業(yè)應(yīng)用最廣泛的光亮劑。目前進口光亮劑占據(jù)近半個國內(nèi)市場，所以我國應(yīng)該加快研制開發(fā)高性能水性聚氨酯的步伐。

      國內(nèi)常用的水性聚氨酯皮革光亮劑主要有脂肪族和芳香族兩大類，通過改性基本克服了各自的缺點。本實驗考察助劑、pH 值等對實驗室自制改性脂肪族和芳香族水性聚氨酯的乳液和涂膜性能的影響，旨在找到最佳的使用環(huán)境，為皮革涂飾生產(chǎn)服務(wù)。

1 實驗部分

1.1 實驗方案

      粒徑測試前過濾樣品，將樣品稀釋 2000 倍，液體 pH 值為 7.0；乳液接觸角測試前過濾樣品，調(diào)整到相同濃度和相同 pH 值，調(diào)整乳液固含量至 7%，表面活性劑的加入量分別是 0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%，潤濕劑的加入量分別是 0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%；適量的氨水用蒸餾水稀釋后加入水性聚氨酯使 pH 值變化為 6.5、7.5、8.5、9.5、10.5 和 11.5，在剪切速率分別為 1.5、3、6、12、30 和 60 r/min 下，測試乳液黏度；兩種乳液中加入交聯(lián)劑量為 0%、0.5%、1.0%、1.5%和 2.0%，做成 10 cm×15 cm 的膜，烘干。

1.2 乳液和涂膜性能測試

      乳液穩(wěn)定性：乳液的機械穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性參照 GB/T 11175-2002（合成樹脂乳液試驗方法）測定；乳液粒度大小及分布：采用Zetasizer Nano S90 測試。乳液接觸角：采用德國德菲公司的 OCAH 200 測試，測試溫度 25 ℃，動態(tài)模式測定接觸角。乳液流變性能：采用 NDJ-8S 型黏度計測定，測試溫度 25 ℃。DSC 測試：在液氮降溫、測試范圍為 100~200 ℃、升溫速率 5 ℃/min、氮氣做吹掃氣和保護氣的測試環(huán)境下，使用德國耐馳公司的 DSC200 型儀器對兩種樣品進行測試。TG 測試：在用氮氣做保護氣、測試范圍 25~600℃、升溫速率 10 ℃/min 的測試環(huán)境下使用德國耐馳公司 TG209 F1 儀器對兩種試樣進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳液穩(wěn)定性

      經(jīng)過臺式低速離心機以 4000 r/min 的速度離心 30 min，兩種乳液都沒有出現(xiàn)絮凝、分層、沉淀、凝膠等現(xiàn)象，表明乳液的機械穩(wěn)定性能良好。分別稱取 10 g 左右試樣，蓋好試管塞，在溫度（-10±0.5） ℃下凍結(jié) 16 h，然后在室溫（23±2） ℃下放置 8 h，經(jīng)過 5 個這樣的循環(huán)，所有試樣融解后沒有出現(xiàn)塊狀或凝膠狀物，表明兩種乳液的凍融穩(wěn)定性能良好。分別稱取 10 g 左右試樣，蓋好試管塞，在（50±2） ℃下放置 20 h 后，在室溫下冷卻 4 h，經(jīng)過 7 個這樣的循環(huán)，所有試樣冷卻后沒有出現(xiàn)分層、凝結(jié)等現(xiàn)象，黏度基本無增大，表明兩種乳液的儲存穩(wěn)定性良好。

2.2 乳液粒徑大小與分布

      從圖 1 可知，NPU-8121 乳液的平均粒徑為65.69 nm，粒度分布 PDI 值為 0.208；NPU-8122 乳液的平均粒徑為 133.0 nm，粒度分布 PDI 值為0.223。結(jié)果表明：兩種乳液的粒徑較小，粒度分布較窄。

2.3 乳液接觸角與助劑的關(guān)系

      從圖 2 可知，隨著表面活性劑和潤濕劑用量的增加，NPU-8121 和 NPU-8122 的乳液接觸角逐漸變小。結(jié)果表明：表面活性劑和潤濕劑的加入有利于乳液潤濕性能的提高。

2.4 乳液流變性與 pH 值的關(guān)系

      從 圖 3、4可知，pH 值一定時，剪切速率從1.5 r/min 增大至12 r/min，乳液的黏度都明顯增大，剪切速率從12 r/min 增大至60 r/min，乳液黏度略有增加；剪切速率一定時，隨著 pH 值的升高，乳液的黏度增大。

2.5 涂膜的抗張強度與交聯(lián)劑的關(guān)系

      從圖5可知，當交聯(lián)劑用量為 0、0.5% 、1.0% 、1.5% 和2.0%時，NPU-8121 和 NPU-8122 對應(yīng)的抗張強度分別為 25.5、28.3、32.5、28.9、27.3 MPa 和18.9、22.6、27.8、23.1、22.1 MPa。實驗結(jié)果表明：隨著交聯(lián)劑用量增加，涂膜的斷裂強度先增大后減小，且都有一個最大值分別為 32.5 MPa 和27.8 MPa。

2.6 涂膜的斷裂伸長率與交聯(lián)劑的關(guān)系

      從圖 6 可知，當交聯(lián)劑用量為 0、0.5%、1.0%、1.5%和 2.0%時，NPU-8121 和 NPU-8122 對應(yīng)的斷裂伸長率分別是 211.6% 、179.9% 、163.2% 、141.8% 、124.7% 和 192.9% 、179.9% 、164.8% 、143.3%、121.6%。實驗結(jié)果表明：隨著交聯(lián)劑用量的增加，涂膜的斷裂伸長率逐漸減小。

2.7 涂膜的 DSC 分析

      從圖 7 可知，NPU-8121 的起點 Tg 是 -46.3℃，中點 Tg 是 -43.7 ℃，終點 Tg 是 -41.1 ℃；NPU-8122 的起點 Tg 是 -53.9 ℃，中點 Tg 是 -51.3 ℃，終點 Tg 是 -48.7 ℃。結(jié)果表明：兩種涂膜的耐低溫性能好。

2.8 涂膜的 TG 分析

      從圖 8 可知，NPU-8121 的初始分解溫度是213 ℃，30%失重溫度是 324 ℃，70%失重溫度是378 ℃，90%失重溫度是 438 ℃，分解終點溫度為470 ℃；NPU-8122 涂膜的初始分解溫度是 264℃，30%失重溫度是 376 ℃，70%失重溫度是 417℃，90%失重溫度是 447 ℃，分解終點溫度為469℃。結(jié)果表明：兩種涂膜的耐熱穩(wěn)定性好。

3 結(jié)論

      通過對脂肪族水性聚氨酯 NPU-8121 和芳香族水性聚氨酯 NPU-8122 的性能進行表征，結(jié)果表明：

     （1）NPU-8121 和 NPU-8122 乳液的機械穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性好；平均粒徑分別為 65.69 nm 和 133.0 nm，粒度分布 PDI 值分別為0.208 和 0.223，粒徑較小，粒徑分布窄；表面活性劑和潤濕劑的加入，乳液的接觸角減小，乳液的潤濕能力提高。

     （2）NPU-8121 和 NPU-8122 中交聯(lián)劑有最適用量，斷裂強度極值分別為 32.5 MPa 和 27.8MPa，交聯(lián)劑的加入使斷裂伸長率減??；涂膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為 -43.7 ℃和 -51.3 ℃，熱分解溫度分別為 213 ℃和 264 ℃，結(jié)果表明涂膜的耐寒性能和耐熱穩(wěn)定性好。

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