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第 9 期 葛硕硕，等: 聚醚硅氧烷/聚半硅氧烷双重改性蓖麻油基水性聚氨酯 ·1505·

sample WPU-15-6 reached 90.4. DDSQ-4OH could disperse homogeneously in the WPU matrix, although
nanoparticles may occur to aggregate with increasing the addition amount of DDSQ-4OH. Mechanical test
results demonstrated that the introduction of DDSQ-4OH could enhance the tensile strength of polyurethanes
to some extent, the tensile strength increased from 9.7 MPa (WPU-15) to 16.0 MPa (WPU-15-6).
Key words: polyether-polysiloxanepolyol; double-decker octaphenylsilsesquioxanetetraol; plant oil-based
waterborne polyurethanes; composites; functional materials
Foundation item: Cooperative Innovation Foundation of Industry, Academy and Research Institutes in
Jiangsu Province (BY2014023-08)

随着国家环保法律法规要求和人们环保意识的 DDSQ-4OH 克服了单官能团以悬链形式接入聚氨酯
加强，由可再生资源制备聚合物受到了极大关注， 基体中存在的不稳定性；与八官能团相比，上下两
植物油基水性聚氨酯是其中之一 [1-4] 。植物油基水性 层分别接入聚氨酯基体中，不仅避免了过度交联，
聚氨酯是以可再生植物油代替石油基二元醇作为原 还增加了目标分子与基体的相容性。对 DDSQ-4OH
料，采用水代替有机溶剂作为分散介质，具有无毒、 进行了 FTIR、 HNMR 和 TGA 测试；对 PEPSO/
1
无污染、环保可再生、廉价等优点 [5-6] ，但该类聚氨 DDSQ-4OH 复合改性聚氨酯进行了 FTIR、TEM、
酯由于引入亲水基以及植物油，使得合成材料的疏 SEM、TGA、粒径、力学性能和水接触角测试,有望
[7]
水性、力学性能、热稳定性和耐候性较差 ，因此， 将其应用于塑料薄膜用水性油墨中。
有必要寻找合适的方法对其进行改性。
目前，对于植物油基水性聚氨酯的改性只局限 1 实验部分
于短链硅烷偶联剂的封端改性 [2,8] ，交联度的提高使
1.1 试剂与仪器
得乳液稳定性有所下降。本课题组前期工作讨论了
异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），工业级，无锡东
长链聚醚硅氧烷（PEPSO）对蓖麻油基水性聚氨酯
[9]
性能的影响 ，结果表明：PEPSO 添加量为 15%（以 润电子材料科技有限公司；端羟基聚醚改性聚二甲
氧基硅氧烷（PEPSO），工业级，重均相对分子质量
多元醇蓖麻油总羟基物质的量为基准，蓖麻油的羟
值为 163 mg KOH/g）时，乳液稳定性及胶膜性能得 为 2200，上海泰格聚合物技术有限公司；2, 2-双羟
到提高；但由于交联度的降低，以及引入亲水醚键， 甲基丙酸（DMPA），AR，阿拉丁（上海）有限公司；
复合胶膜的疏水性没有明显改善。 辛酸亚锡（CP）、蓖麻油（C.O）、丙酮、N-甲基吡
聚倍半硅氧烷（POSS）具有由 Si—O—Si 骨架 咯烷酮（NMP）、无水乙二胺、三乙胺、异丙醇，
构成的内部笼型结构，每个顶角的硅原子都可以连 AR，上海国药化学试剂有限公司；苯基三甲氧基硅
接外部的有机取代基团或具有活性的官能团。由于 烷，工业级，成都西亚试剂有限公司。
其独特的纳米笼型结构，其与聚合物能实现分子水 透射电子显微镜，JEM-2100，日本 JEOL 公司；
平上的均匀混合。通过纳米粒子的纳米增强作用及 全数字化核磁共振波谱仪，AduanceⅢ，德国 Bruker
与聚合物有机基体的化学作用，可以在分子水平上 公司；Zeta 电位及纳米粒度分析仪，Zeta PALS，美
提高聚合物的性能 [10-12] 。此前，POSS 对聚氨酯改性 国 Brookhaven 公司；全反射傅里叶变换红外光谱仪，
主要集中于溶剂型聚氨酯，在水性体系中的报道相 Nicolet 6700，美国 Thermo Fisher 科技有限公司；
对较少 [13-15] ，且多为单官能团或八官能团结构的 热重分析仪，TGA/1100SF，瑞士 Mettler-Toledo 仪
POSS。在聚氨酯基体中以悬链形式存在的单官能团 器有限公司；场发射扫描电子显微镜（SEM），
POSS 具有不稳定性，而以星型网状物存在的八官能 S-4800，日本日立株式会社；薄膜拉伸强度测定仪，
团 POSS 又会导致过度交联 [16-17] 。 XLW PC，济南兰光机电技术有限公司；光学接触角
因此，本文制备了四羟基八苯基双层笼型倍半 测量仪，OCA40，北京东方德菲仪器有限公司；旋
硅氧烷（DDSQ-4OH），其与 PEPSO 对蓖麻油基水 转蒸发仪，R1001-VN，郑州长城科工贸有限公司。
性聚氨酯进行双重改性，制备出 PEPSO/DDSQ-4OH 1.2 DDSQ-4OH 的制备
改性聚氨酯纳米复合材料。与单官能团相比， DDSQ-4OH 的合成过程如下所示。