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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 ·1247·

晶性能，WPU 中软段和硬段的相互聚集穿插，形成 由表 8 可知，SiWPU-40%-SiPA-37.5%综合性能
了特殊的微相分离结构。而聚丙烯酸酯和硅烷偶联 最好。随着聚丙烯酸酯含量的增加，胶膜铅笔硬度
剂的引入，改变了 WPU 中分子链的堆砌结构，从 呈现增大的趋势，附着力下降，耐冲击性能降低，
而对结晶性产生影响。本文通过 X 射线衍射分析测 乳液稳定性降低。这是由于丙烯酸酯为硬段，增加
定了水性聚氨酯的结晶行为，考察了丙烯酸酯和有 丙烯酸酯的含量提高了聚合物分子的刚性，同时胶
机硅的引入对聚氨酯材料结晶性的影响。图 5 是 膜的脆性也增大，且丙烯酸酯链段不含羟基，无法
WPU、WPU-PA-37.5%和 SiWPU-40%-SiPA-37.5%的 与基材形成有效的分子间作用力，故附着力下降。
XRD 图。 有机硅含量的增加可提高铅笔硬度、附着力、耐冲

击性。这是因为有机硅氧烷基团经过水解缩聚可与
聚合物或基材之间形成—Si—O—Si—结构，增加了
聚合物内部交联度 [11] ，有利于提高乳胶膜的硬度、
附着力、耐冲击性。

3 结论

（1）合成了有机硅、丙烯酸酯及其双重改性水
性聚氨酯乳液。红外光谱分析表明，有机硅、丙烯
酸酯及其双重改性水性聚氨酯已经成功合成，并且

图 5 WPU、WPU-PA-37.5%和 SiWPU-40%-SiPA-37.5% 硅烷偶联剂上的硅氧烷基团已经发生水解、缩合形
的 XRD 图 成了—Si—O—Si—键。
Fig. 5 XRD patterns of WPU, WPU-PA-37.5% and SiWPU-
40%-SiPA-37.5% （2）在一定的添加量范围内，PA 或有机硅含
量越高，改性水性聚氨酯（WPU）的耐水性能越好，
由图 5 可知，WPU、WPU-PA-37.5%、SiWPU-
且两者的改性可以起协同作用；在 PA 和 WPU 上同
40%-SiPA-37.5%均在 2=10°~30°内呈现一个宽的
时引入两种有机硅烷偶联剂的改性水性聚氨酯比只
弥散峰，在 2=20°附近有宽的弥散峰，且 WPU-
在 PA 或者 WPU 上引入一种硅烷偶联剂或者不引入
PA-37.5%结晶能力比 WPU 弱，同时 SiWPU-40%-
硅烷偶联剂所制备的改性水性聚氨酯中PA和WPU的
SiPA-37.5%的结晶能力又比 WPU-PA-37.5%弱。这
相容性得到提升，具有更好的耐水性和乳液稳定性。
是由于丙烯酸酯和有机硅的改性使聚合物交联度进
（3）PA 改性 WPU 使耐水性增加的原因是：PA
一步增加，破坏了分子链的对称性和排列的规整性， 与 WPU 形成互穿网络结构，增加了聚合物的交联
使得分子链难于堆砌，结晶能力降低 [19] 。这与 SEM
度；有机硅改性 WPU 使胶膜耐水性增强的原因是：
的分析结果一致。
有机硅上的硅氧烷基团发生水解、缩合形成了—Si
2.7 胶膜和乳液性能测试
—O—Si—键，增大了聚合物的交联度，并且有机硅
WPU 和改性 WPU 的薄膜和乳液的性能测试见
可以降低乳胶膜的表面能。
表 8。
（4）所制备的 SiWPU-40%-SiPA-37.5%乳液的
表 8 WPU 和改性 WPU 胶膜和乳液的性能测试 稳定性良好，其胶膜的 24 h 吸水率降低至 6.8%，接
Table 8 Performance test results of film and emulsion of 触角达 86.4°，有较好的耐水性，铅笔硬度达到 H，
WPU and modified WPU
附着力、耐冲击性合格，乳液稳定，可常温固化，
铅笔 附着 固含
样品 耐冲击性 在水性涂料领域有良好的应用的前景。
硬度 力 量/%
WPU 2B 1 没有脱落和开裂 33.4
参考文献：
WPU-PA-23.0% 2B 1 没有脱落和破裂 32.8
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