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第 11 期 陈 鑫，等: 酰胺基扩链剂改性水性聚氨酯的制备及其性能 ·1815·

WPU-4~0 胶膜软段的初始降解温度分别为 366、 水性的刚性基团，同时酰胺键的引入提高了链段的
375、381、361、360 ℃，整体呈先增加后降低趋势。 氢键化作用程度，限制了水分子向分子链中渗透。
其原因是 DVP 以侧链形式存在于聚氨酯的硬段，硬
段不断嵌入软段中，使得连续相的软段被破坏，破
坏了聚氨酯分子链的规整性。随着 DVP 质量分数的
增加，组成硬段的 DVP 中酰胺键、含氮五元环量增
加，使聚氨酯物理交联密度增加。因此，WPU-4~0 胶
膜的热稳定性和软段的耐热降解性都是先增后降。
2.5 WPU 胶膜力学性能分析
不同 DVP 组分 WPU 胶膜的力学性能曲线见图
9。由图 9 可知，随着 DVP 质量分数的增加，胶膜
的拉伸强度和断裂伸长率均呈先增加后降低的趋

势。当 w（DVP）=0.5%（WPU-1）时，胶膜的拉伸 图 10 不同 DVP 组分水性聚氨酯胶膜的耐水性
强度和断裂伸长率达到最大值，分别为 21.04 MPa Fig. 10 Water resistance property of WPU films with different
和 854.6%。与 WPU-0 相比，拉伸强度增加了 87%， DVP contents

断裂伸长率增加了 38.6%。这是因为 DVP 是以侧链
形式存在于聚氨酯的硬段，DVP 分子中 N 原子存在 3 结论
于聚氨酯主链结构上，破坏了分子链的规整性，增
（1）以 DEA 和 NVP 为原料通过 Michael 加成
加了胶膜的柔顺性，随着酰胺键、含氮五元环的嵌
反应合成了带酰胺键侧基团的二元醇小分子扩链剂
入，使得链段的氢键化作用程度增强，形成的氢键
起到交联点的作用，增加了分子链间的相互缠绕， DVP。通过红外和核磁共振氢谱的表征，证实了
Michael 加成反应的发生。
增加了胶膜的回弹性。同时，DVP 含量的增加使得
聚氨酯链段的刚性提高，胶膜的内聚能增大。但当 （2）以 N220、IPDI、DMPA、DEG 为主要原
w（DVP）＞0.5%后，胶膜的拉伸强度和断裂伸长 料，采用带酰胺键侧基团的 DVP 作为扩链剂，合成
率均降低，这是因为酰胺键增多，交联点增多，硬 了不同 DVP 含量的水性聚氨酯。红外光谱分析了水
段不断嵌入软段中，使得连续相的软段进一步被破 性聚氨酯的结构，对—N—H 和—C==O 分峰拟合分
坏，反而降低了拉伸强度和断裂伸长率。 析结果表明，随 DVP 含量的增加，水性聚氨酯的氢
键化作用程度先增后减。
（3）随着 DVP 含量的增加，含 DVP 的水性聚
氨酯乳液平均粒径增大且分布变宽。当 w（DVP）
分别为 0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%时，平均粒径
分别为 40、44、51、83、109 nm。
（4）随着 DVP 含量的增加，胶膜的拉伸强度、
断裂伸长率和耐热性均呈现先增后减的趋势。当 w
（DVP）=0.5%时，合成的聚氨酯胶膜综合性能最佳，
其拉伸强度为 21.04 MPa，断裂伸长率为 854.6%；
T 5% 和 T 50% 分别为 269.9 和 343.5 ℃；吸水率为

图 9 不同 DVP 组分水性聚氨酯胶膜的拉伸强度与断裂 13.41%。与未改性的水性聚氨酯相比，DVP 扩链的
伸长率 水性聚氨酯在力学性能、耐热性和耐水性均有显著
Fig. 9 Tensile strength and elongation at break of WPU 提高。
films with different DVP contents
参考文献：
2.6 WPU 胶膜耐水性分析
[1] Cao X,Ge X, Chen H, et al. Effects of trimethylol propane and AAS
不同 DVP 组分 WPU 胶膜的吸水率曲线见图
salt on properties of waterborne polyurethane with low gloss[J].
10。由图 10 可知，随着 DVP 含量的增加，胶膜的 Progress in Organic Coatings, 2017, 107: 5-13.
吸水率逐渐降低。当 w（DVP）=0.5%时，胶膜 24 h [2] Zhang Y, Zhou H, Wang L, et al. Preparation and characterization of
castor oil-based waterborne polyurethane crosslinked with 2-amino-
吸水率为 13.41%，w（DVP）=2%时，胶膜 24 h 吸 2-(hydroxymethyl)-1,3-propanediol[J]. Journal of Applied Polymer
水率最低，为 8.26%。因为亚甲基和含氮五元环是疏 Science, 2017: 45532.