水性聚氨酯以水為分散介質(zhì)，與溶劑型聚氨酯相比，具有難燃、氣味小、無(wú)毒、不污染環(huán)境、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，可用作膠黏劑、涂料、皮革涂飾劑、紡織助劑、造紙工業(yè)助劑、醫(yī)藥和電子材料等。近年來(lái)，水性聚氨酯分散體技術(shù)發(fā)展迅速，各種報(bào)道很多，而分散體黏度對(duì)所配制的涂料有很大的影響，一方面，黏度會(huì)影響乳液的貯存穩(wěn)定性；另一方面，不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)產(chǎn)品的黏度要求也不一樣。而影響乳液黏度的因素很多，合成工藝和后期助劑的加入等都可以改變?nèi)橐旱酿ざ取?br />
      本文就水性聚氨酯乳液的制備及改性過(guò)程中影響乳液黏度的因素進(jìn)行了綜述，主要包括聚合物多元醇種類(lèi)及分子量、 n（NCO） /n（ OH）、親水性擴(kuò)鏈劑含量、成鹽劑對(duì)乳液黏度的影響。

1、聚合物多元醇種類(lèi)及分子量

      聚合物多元醇的種類(lèi)及分子量對(duì)水性PU的黏度有著重要的影響，國(guó)內(nèi)外有關(guān)這方面的報(bào)道很多。

      對(duì)水性聚氨酯合成原料研究中曾報(bào)道，聚醚性水性聚氨酯比聚酯型水性聚氨酯的黏度大，這是因?yàn)?，聚醚型水性聚氨酯軟段硬段極性相差很大，而氫鍵主要由硬段之間形成，促進(jìn)了硬段的結(jié)晶，有利于形成微相分離。由于聚醚型水性聚氨酯存在的微相分離程度較高，具有更加規(guī)則的相疇結(jié)構(gòu)，從而分子鏈之間運(yùn)動(dòng)的自由性變小，乳化時(shí)不利于相轉(zhuǎn)變，所以合成的分散液黏度較大。對(duì)聚酯型水性聚氨酯的軟段含有酯基，酯基也可以與硬段形成氫鍵，阻礙了硬段的結(jié)晶，從而使微相程度較小，因此乳化時(shí)有利于相轉(zhuǎn)變的發(fā)生， 這就使得分散液的黏度低。

      在軟段種類(lèi)及相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)陰離子水性聚氨酯性能的影響中曾報(bào)道，隨軟段相對(duì)分子質(zhì)量的增加，表觀黏度上升。這是因?yàn)椋阂环矫妫浂蜗鄬?duì)分子質(zhì)量增大，鏈的柔順性增加，造成鏈段間相互纏繞，粒子流體動(dòng)力學(xué)體積增加；另一方面，軟段相對(duì)分子質(zhì)量增加，粒徑減小，粒子數(shù)目增多，粒子和水之間的親和力增強(qiáng)，導(dǎo)致黏度上升。

      對(duì)水性聚氨酯原料的選擇中發(fā)現(xiàn)，在PU乳化過(guò)程中，聚合物多元醇的分子量越高，導(dǎo)致預(yù)聚物分子量增大，較長(zhǎng)的分子鏈可能同時(shí)傳過(guò)多個(gè)疏水性預(yù)聚體，增大了體系的黏度。

      對(duì)水性聚氨酯自乳化過(guò)程中相反轉(zhuǎn)及影響因素的研究中發(fā)現(xiàn)，二元醇分子量的增大必然導(dǎo)致預(yù)聚物分子量增大，較長(zhǎng)的分子鏈有可能同時(shí)穿越多個(gè)疏水性預(yù)聚體，增加了連續(xù)相的黏度。

      對(duì)HDI-IPDI型高固含量水性聚氨酯分散體的合成及微觀形態(tài)的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著軟段分子量的增加，乳液的黏度增加，這主要與PU分子鏈軟段的柔順性有關(guān)：分子鏈越柔軟，粒子在剪切力作用下就越容易變形。在分散階段， PU顆粒在高速剪切力作用下被多次“切碎”成更小的顆粒。在分散相體積及溶劑體積一定下，隨著粒子的變小，粒子數(shù)目增多，表面積增大，吸附在粒子表面的水化層體積也隨著增加，體系自由體積減小，最終導(dǎo)致黏度上升。

2、n（NCO）/n（OH）

      n(NCO):n(OH)值影響反應(yīng)過(guò)程及乳化效果，特別是對(duì)乳液黏度的影響很大。對(duì)紫外光固化水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液性能的研究中發(fā)現(xiàn)， 乳液粘度隨n（ NCO） /n（ OH）的變化如圖1，在剪切速率一定的情況下，隨著n(-NCO)/n(－ OH)的增大，水性聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚體乳液的黏度逐漸增大。其主要原因是隨著 n(－ NCO)/n(－ OH)的增大， PUA 預(yù)聚體乳膠粒徑減小，體系中單位體積內(nèi)的粒子數(shù)目增多，乳液粒子間的碰撞加劇，從而導(dǎo)致了水性PUA 預(yù)聚體粒子間的內(nèi)摩擦阻力增大，流動(dòng)困難，體系剪切黏度增大。

      對(duì)磺酸型水性聚氨酯乳液制備工藝的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著 n(NCO):n(OH)值的增大，親水性離子的含量相對(duì)減小，因而親水性減弱，粒徑增大，而且親水性離子含量的減小，使雙電層厚度減小，從而導(dǎo)致粒徑減小。另外由于親水性的減弱，顆粒的水溶脹性減弱，使粒徑減小?？偟慕Y(jié)果是隨著n(NCO):n(OH)值的增大，由于親水性離子含量的減少，粒徑逐漸增大，乳液黏度降低。

      對(duì)硬段含量對(duì)水性聚氨酯性能的影響中發(fā)現(xiàn)，乳液的黏度隨NCO/OH含量的增加黏度降低。這是因?yàn)椋S著NCO/OH含量的增大，分子鏈中硬段含量增加，所形成的氨基甲酸酯基和脲基等剛性鏈段增多，導(dǎo)致分子鏈間的相互纏結(jié)減少，黏度減小。

      對(duì)脂肪族水性聚氨酯分散體黏度的控制中發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)較平緩的情況下， NCO/OH的比值能影響預(yù)聚體相對(duì)分子量的大小，聚合物在一定濃度時(shí)， NCO/OH越大，相對(duì)分子質(zhì)量越小，預(yù)聚體黏度越小，分散體越容易分散，反之，黏度越大，越難分散。

3、親水性擴(kuò)鏈劑含量

      水性聚氨酯分子結(jié)構(gòu)上的親水基團(tuán)的性能和含量決定了水性聚氨酯性能和乳化能力，有文獻(xiàn)、專(zhuān)利曾報(bào)道，以二羥甲基丙酸(DMPA) 作為親水?dāng)U鏈劑，其含量對(duì)水性聚氨酯乳液外觀、膠粒、穩(wěn)定性、黏度以及涂膜耐水性等有顯著的影響。

      在高固含量聚醚型水性聚氨酯的合成與影響因素中曾報(bào)道，隨著DMPA 含量的增加， WPU乳液的固含量降低，黏度上升。這是由于在乳化過(guò)程中，體系的黏度變化可分為以下幾個(gè)過(guò)程： ①對(duì)含親水基團(tuán)的PU 溶液（特別是含離子基團(tuán)的PU 溶液）而言，由于離子基團(tuán)的締合作用，導(dǎo)致體系黏度上升；②當(dāng)體系中加入少量水之后，水分子與親水基團(tuán)的締合作用解除了離子間的締合作用，故體系的黏度有所下降；③隨著水的繼續(xù)加入，體系的黏度又會(huì)迅速上升，這主要是由于PU 離子體中疏水鏈段締合作用增加所致。對(duì)第一個(gè)過(guò)程，還可以采用Lorentz的雙電層理論加以解釋。預(yù)聚體被分散以后，疏水的分子鏈段卷曲形成顆粒的核，帶有離子的親水基團(tuán)則位于顆粒的表面，親水基團(tuán)朝向水中。顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)以及正負(fù)離子相伴會(huì)導(dǎo)致顆粒表面形成一個(gè)雙電層。當(dāng)親水基團(tuán)含量增加時(shí)，粒子表面電荷密度增大，擴(kuò)散的雙電層增強(qiáng)，從而產(chǎn)生巨大的靜電作用，致使粒子間不易團(tuán)聚。大分子的親水性越強(qiáng)，分散體顆粒越小， 但是水合粒子的體積（有效體積）及其總表面積反而越大，從而導(dǎo)致體系的黏度增加。

      在環(huán)保型水性聚氨酯膠黏劑的合成及性能研究中曾報(bào)道，隨著DMPA用量的增加，乳液的黏度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。這是因?yàn)椋哼@是因?yàn)榫郯滨ト橐褐?COOH 的含量增加，使得乳液離子電荷數(shù)增加，聚氨酯鏈與水的氫鍵締合作用增強(qiáng)。隨著聚合物粒子的總表面積增加，被吸附的水合層量也增多，相當(dāng)于增大了分散相的體積，雙電層厚度，導(dǎo)致粒子移動(dòng)阻力增大，從而乳液黏度上升。

4、成鹽劑

      理論上，具有一定強(qiáng)度的酸、堿性物質(zhì)都可以用做成鹽劑，但是不同的成鹽劑對(duì)產(chǎn)物的性能影響很大，如：產(chǎn)物的硬度、黏度，色澤等。對(duì)于陰離子水性聚氨酯，能與羧基和磺酸基發(fā)生反應(yīng)的堿類(lèi)化合物都能作為成鹽劑。主要有NaOH、三乙胺、三乙醇胺等。

      在水性聚氨酯乳液粘度的影響因素研究中曾報(bào)道，在成鹽劑一定時(shí)，當(dāng)中和度≤70%時(shí)，不能形成穩(wěn)定的乳液，所以粘度測(cè)試數(shù)據(jù)有誤差（偏大）；當(dāng)中和度＞ 70%時(shí)，隨著中和度的提高，乳液粘度逐漸增大，乳液外觀呈現(xiàn)由乳白到透明有藍(lán)光的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著中和度的提高， 成鹽率增大、分子中-COO-陰離子的活性中心數(shù)增多且分子鏈的親水性增加，從而減弱了分子鏈的相互纏結(jié)，提高了水對(duì)聚合物的水化作用，使乳膠粒子增多、粒徑減小，表現(xiàn)出較好的分散效果。另外，隨著中和度的增加，聚氨酯（ PU）分子中的離子及反離子數(shù)量增多、雙電層厚度增大且離子的流體體積增加， 從而導(dǎo)致體系的粘度上升；當(dāng)中和度超過(guò)100％時(shí)，多余的TEA使乳液偏堿性，堿性會(huì)使陰離子WPU 乳液出現(xiàn)自增稠現(xiàn)象，致使乳液的粘度變大，甚至失去流動(dòng)性。

      曾對(duì)中和方式對(duì)乳液性能的影響中報(bào)道，三乙胺的加料順序?qū)θ橐吼ざ鹊挠绊?，研究發(fā)現(xiàn)，采用在分散前中和與將三乙胺溶入去離子水中，邊分散邊中和， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前者的黏度大于后者，原因可能是中和后的預(yù)聚體為高黏度黏稠液，將三乙胺加入到水中， 使分散、中和同時(shí)進(jìn)行， 由于這時(shí)預(yù)聚體未被離子化， 其黏度較小，少用或不用溶劑就可以乳化于水中。

      曾對(duì)水性聚氨酯自乳化過(guò)程中相反轉(zhuǎn)及影響因素中發(fā)現(xiàn)，中和度對(duì)乳液黏度有著重要的影響，他們認(rèn)為，中和度較高的體系形成的微離子點(diǎn)陣密度較高，需要更多的水才能完全解聚集，同時(shí)由于電黏滯作用，分散體系的黏度較高，不利于相轉(zhuǎn)變的發(fā)生。中和度較低時(shí)，乳化過(guò)程中體系的黏度較低， 同時(shí)體系較早發(fā)生相轉(zhuǎn)變; 而當(dāng)羧基被完全中和時(shí)， 乳液的黏度較高。

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