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第 6 期 刘信胜，等: 有机硅丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成与性能 ·1245·

膜内，降低胶膜吸水率，从而增强其耐水性 [11] ；另 PU 中的含量是多少，随着 PA 用量的增加，乳液稳
一方面，有机硅化合物能够降低材料表面的表面能， 定性均降低，说明 PA 与 WPU 体系相容性较差。
可提高胶膜的水接触角，在一定程度上也能增强材 综合以上可知，在 PA 中引入硅烷偶联剂 KH570
料耐水性 [12-13] 。也正是因为有机硅增加了 PA 链段 和在 WPU 中利用 KH550 进行封端均可提高 WPUA
之间的交联度，使 PA 在 WPU 中分散更加困难，PA 胶膜的耐水性，因此，采用 SiPA 对 SiWPU-20%和
和 WPU 的相容性变差，故 WPU-SiPA 乳液稳定性 SiWPU-40%进行了改性，以期进一步增强胶膜的耐
比 WPU-PA 差。 水性，实验结果见表 6。

表 4 PA/SiPA 含量对乳胶膜吸水性、水接触角和乳液的 表 6 SiWPU 在 PU 中质量分数以及 SiPA 含量对 SiWPU-
机械稳定性的影响 PA 吸水率、接触角和乳液稳定性的影响
Table 4 Effects of PA/SiPA content on the water absorption Table 6 Effect of mass fraction of SiWPU in PU and SiPA
and water contact angle of the film, and the content on the water absorption and contact angle
mechanical stability of the emulsion of SiWPU-SiPA film and the stability of SiWPU-
SiPA emulsion
WPU-PA- WPU-SiPA- WPU-PA- WPU-SiPA-
样品 WPU
23.0% 23.0% 37.5% 37.5% SiWPU-SiPA- SiWPU-SiPA-
样品 S i W P U
吸水率/% 37.8 29.4 25.6 23.5 14.1 23.0% 37.5%
接触角/() 56.8 60.7 69.7 63.4 77.4 SiWPU 在
PU 中质量 20 40 20 40 20 40
机械
无沉淀 无沉淀 无沉淀 轻微沉淀 较多沉淀 分数/%
稳定性
吸水率/% 28.3 25.1 16.3 13.4 8.6 6.8
注：吸水率误差范围为0.2%，接触角误差范围为0.5，
接触角/() 61.2 65.6 75.7 77.6 83.3 86.4
下同。
机械 无沉淀 无沉淀 无沉淀 无沉淀 无沉淀 无沉淀
表 5 反映了 SiWPU 在 PU（SiWPU 和 WPU 的 稳定性
混合物）中的含量以及 PA 含量对 SiWPU-PA 胶膜
由表 6 可知，SiWPU- 40%-SiPA-37.5%的吸水
吸水率、接触角和乳液稳定性的影响。
率降低至 6.8%，而接触角则增加至 86.4°，并且乳
表 5 SiWPU 在 PU 中质量分数以及 PA 含量对 SiWPU-PA 液稳定性相比 SiWPU-40%-PA- 37.5%有所提升。这
吸水率、接触角和乳液稳定性的影响 是由于在 PA 和 WPU 链段上同时引入有机硅时，有
Table 5 Effect of mass fraction of SiWPU in PU and PA 机硅所含有的硅氧烷基团可以通过水解形成—
content on the water absorption and contact angle
of the SiWPU-PA film, and the stability of SiOH 并且发生缩合反应，增加 PA 和 WPU 的化学
SiWPU-PA emulsion
键交联，使乳胶粒形成了更加稳定的核壳结构，改
SiWPU-PA- SiWPU-PA-
样品 S i W P U 善了两者的相容性。
23.0% 37.5%
SiWPU 在 PU 2.3 乳液的 TEM 分析
20 40 20 40 20 40
中质量分数/% 图 2a、b 是 WPU-PA-37.5%乳液的 TEM 图片，
吸水率/% 28.3 25.1 22.3 19.4 15.6 12.4 图 2c、d 是 SiWPU-40%-SiPA-37.5%乳液的 TEM 图。
接触角/(°) 61.2 65.6 66.7 69.6 74.3 76.4 由 TEM 可知，两种乳液均分散良好，且乳胶粒

轻微 轻微 形成了核壳结构，由于 WPU 分子链上含有—COO ，
机械稳定性 无沉淀 无沉淀 无沉淀 无沉淀
沉淀 沉淀
增加了 PU 链上的电子云密度，经过磷钨酸染色后

由表 5 可知，SiWPU-40%的吸水 率降低 至 在透射电镜下电子云透过率低，颜色较深，而
25.1%，接触角增加至 65.6°，效果并未像表 4 中 PA/SiPA 链电子云密度低，电子云透过率高，所以
WPU-SiPA-37.5%可将吸水率降至 14.1%且接触角 颜色较浅 [14] 。对比两组图可知，SiWPU-40%-SiPA-
提升至 77.4°那样显著，主要是由于只用 KH550 改 37.5%中由于引入硅烷偶联剂，PA 和 WPU 链段之
性未能形成互穿聚合物网络且不能降低 DMPA 含 间具有更多交联点，核壳结构更加稳定，PA 和 WPU
量。鉴于单独 PA 或者少量的 KH550 改性 WPU 均 的相容性得到提升，故乳液稳定性得到提高。
未能将 WPU 的耐水性提升至比较理想的水平，故 2.4 胶膜断面的 SEM 分析
进一步研究了 PA 添加量对 SiWPU-20%、SiWPU- WPU、WPU-PA-37.5%、SiWPU-40%-SiPA-37.5%
40%聚合物耐水性能的影响。从表 5 中可以看出， 的 SEM 照片见图 3。
有机硅和 PA 两者的改性对 WPU 耐水性的提高起协 由图 3 可以看到，WPU 断面 SEM 照片较为光
同作用，同时结合表 4 的结果可知，不论 SiWPU 在 滑，而在 WPU-PA-37.5%结构中存在明显的分别由