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

      水性聚氨酯是通過在主鏈上引入親水基團使其在水中分散得到穩(wěn)定的乳液，親水基團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 作為親水擴鏈劑在聚氨酯鏈段引入強親水基團，即羧基，通過改變DHPA 的含量，研究了親水擴鏈劑對水性聚氨酯乳液及其涂膜性能的影響。

1 實驗部分

1.1 性能測試

      1.1.1 分散體粘度測試 用 NDJ-8S 數字顯示粘度計，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 拉伸剪切強度的測定參照 GB7124-86，儀器為島津 AG－ 2000A 型材料學測試儀，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，得到的乳液出現分層現象； 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 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，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，這是因為DHPA 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數目少，不足以使其穩(wěn)定分散在水中；而當 DHPA 含量過高時，形成的硬段含量相應的增加，分子的內聚力增加，使得分子鏈運動困難，從而使親水基團向粒子表面的遷移困難，使預聚物難以乳化。

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據，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，與文獻的結論一致。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，還是乳膠粒子，其多分散性都減小，這說明其分布變窄。這是由于當羧基含量越大，親水性就越強，越容易乳化，溶液水分子進入聚氨酯分子鏈間的速度越快，乳化進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技術,對于油溶性的聚氨酯分子來說,必定存在進入水相的次序有先后之分, 先進入水相的分子,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,而后進入水相中的聚氨酯分子, 由于先前的膠粒已經形成,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，通過改變親水基團含量及 DHPA 在親水基團中的含量，制備一系列水性聚氨酯乳液制膜，其力學性能如圖 4、圖 5 所示。

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

3 結 論

      以 DHPA 作為制備水性聚氨酯乳液的親水擴鏈劑，其含量的多少對乳液及其涂膜性能有顯著的影響。當 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據表明，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 含量對涂膜的力學性能有顯著影響，涂膜的拉伸剪切強度隨著 DHPA 含量的增大而增大，而斷裂伸長率卻隨之減小。

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