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第 3 期 胡 俊，等: 聚硅氧烷改性水性聚氨酯的合成及其表面性能 ·403·

取其平均值。 亲水链段，在加入多量时，有助于体系相反转的改
1.4.7 胶膜接触角 变，乳液粒径有一定程度的减小。疏水基团和亲水基
采用接触角测定仪对水性聚氨酯胶膜进行接触 团共同作用的结果，使乳液的平均粒径变化不大 [17] 。
角测试，测试温度 25 ℃，使用二碘甲烷、水、乙二
醇对样品进行测试，每个样相同间隔取 5 个点测试，
采用量角法对接触角进行测量，取平均值。
1.4.8 胶膜表面能计算
采用 Lifshitz-van der Waals/donor-acceptor 法对
胶膜的表面能进行计算 [16] 。通过测量固体与水、二
碘甲烷、乙二醇的接触角且已知这 3 种液体的 Lewis
AB
2
酸碱分量 γ （mJ/m ）〔其中，γ AB 包含 Lewis 碱分
+
2
2
–
量 γ L （mJ/m ）和 Lewis 酸分量 γ L （mJ/m ）， L 为
液体表面能或表面张力〕、Lifshitz-van der Waals 分
LW
2
LW
量 γ L （mJ/m ），即可得到固体的表面能参数（γ s 、 图 1 水性聚氨酯乳液的粒径分布曲线
–
+
2
γ s 、γ s ）和表面能（γ S ，mJ/m ）。检测液体的表面参 Fig. 1 Particlesize distribution curves of waterborne
polyurethane emulsions
数列于表 2，相应计算公式如式（2~4）。
表 3 水性聚氨酯乳液的粒径及稳定性
表 2 检测液体的表面参数 Table 3 Particle size and stability of waterborne polyurethane
Table 2 Surface parameters of the testing liquids emulsions
2
+
–
2
LW
2
2
γ L/(mJ/m ) γ L /(mJ/m ) γ L/(mJ/m ) γ L/(mJ/m ) 样品

水 72.8 21.8 25.5 25.5 WPU 1 WPU 2 WPU 3 WPU 4 WPU 5 WPU 6
二碘甲烷 50.8 50.8 0 0 乳液稳定性 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定
乙二醇 48.0 29.0 1.92 47.0 固含量/% 30.51 29.53 29.79 29.84 29.70 28.33
平均粒径/nm 42.26 62.02 66.79 58.66 49.31 44.63
 LW   AB   LW 2     +    （2）
S S S S S S 2.2 水性聚氨酯膜结构表征
 LW   AB   LW 2         （3）
L L L L L L 图 2 是水性聚氨酯膜红外光谱图。其中，图 2c
–1
 L  1cos  =2   S LW   L LW  S    L    S      L  （4） 为水性聚氨酯膜红外光谱中 802 cm 处 Si—CH 3 基
–1
团吸收强度与 3000~2850 cm 处甲基、亚甲基基团
1.4.9 胶膜 X 射线光电子能谱测试
吸收强度比（A 802 /A 2900 ）。
将水性聚氨酯膜剪成长宽小于 10 mm，厚度小

于 5 mm 的长方体，对胶膜进行表面元素组成和化
学基团分析，采用 XPS 进行测试。XPS 仪器是具有
MgK α 阳极（λ=1253.6 eV）的 PHI-5400 ESCA 系统，
–9
并且在压力 5×10 Pa 真空条件下操作。XPS 光谱以
起飞角 45°测量，测量扫描通过的能量为 178.95 eV，
高分辨率扫描通过的能量为 35.75 eV。
2 结果与讨论
2.1 聚氨酯乳液外观及粒径
图 1 为水性聚氨酯的粒径分布曲线。表 3 为水
性聚氨酯乳液的粒径及稳定性。
从图 1 可以看出，水性聚氨酯粒径分布呈单峰。
经过离心测试，各水性聚氨酯样品贮存稳定性均大
于 6 个月，说明有机硅的添加对水性聚氨酯乳液稳
定性没有影响；乳液粒径先增大后减小。由于聚硅
氧烷中的有机硅链段是疏水性的，所以体系加入少
量的聚硅氧烷不利于聚氨酯乳化时相反转，导致水
性聚氨酯的粒径增大；但又因为聚硅氧烷含有 PEO