Page 181 - 精细化工2020年第2期

第 2 期 任龙芳，等: 具有亲/疏水链端的混合封端型水性聚氨酯 ·383·

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MEPU 谱图中，1260 cm 处出现了 Si—CH 3 的对称 定值时，胶膜表面水接触角减小，这是因为有机硅
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弯曲振动吸收峰；在 1000~1100 cm 处出现了 C— 与聚氨酯两者的溶度参数相差较大，过量的有机硅
O—C 和 Si—O 的伸缩振动吸收峰，而且明显强于 使得体系相分离严重，同时聚氨酯预聚体封端程度
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PPU 中 C—O—C 的伸缩振动吸收峰；806 cm 处为 增加，聚氨酯相对分子质量减小，共同导致成膜性
Si—C 的吸收峰，表明有机硅已经连接到聚氨酯的 变差，胶膜耐水性下降，表现为水接触角减小。
分子结构上，成功合成了 MEPU。
2.4 热重分析
PU 和 MEPU 的热稳定性分析如图 2 所示。

a—w(MPSi)=0；b—w(MPSi)=5%；c—w(MPSi)=10%；d—w(MPSi)=
15%；e—w(MPSi)=20%
图 3 不同 MPSi 用量下的 MEPU 胶膜表面水接触角
Fig. 3 Water contact angle of MEPU film surface with
different MPSi content

2.6 力学性能分析
不同 MPSi 用量下 MEPU 的应力-应变曲线见
图 4。

图 2 PU 和 MEPU 胶膜热稳定性分析曲线
Fig. 2 Thermal stability curves of PU and MEPU films

由图 2 可知，MEPU 的 TGA 曲线整体位于未改
性 PU 曲线的上方。可以看出，在相同温度下，MEPU
的失重量较少，耐热性较好。PU 和 MEPU 的初始
分解温度分别在 264、293 ℃，在此之前曲线较为平
稳，两者均未发生较大的热损失，可以认为材料在
此之前对热较为稳定。PU 胶膜在 250、347 和 377 ℃
时，质量损失分别达到了 5%、50%、90%，相同质

量损失下， MEPU 胶膜对应温度分别为 290、370 图 4 不同 MPSi 用量下 MEPU 胶膜的应力-应变曲线
和 403 ℃，在质量损失为 5%、50%、90%时，MEPU Fig. 4 Stress-strain curves of MEPU films with different
MPSi content
比 PU 的分解温度分别提高了 40、23 和 26 ℃。
由 DTG 曲线可知，MEPU 胶膜发生两次较大失 由图 4 可知，MPSi 用量为 0~20%时，胶膜的拉
重，第一阶段发生在 250~350 ℃，为聚氨酯的硬段 伸强度分别为 1.21、1.33、1.04、1.32、1.12 MPa，
发生分解，包括脲基的分解、氨基甲酸酯键的断裂， 胶膜的断裂伸长率分别为 645.51%、638.34%、
生成胺类、CO、烯烃等；第二阶段发生在 350~ 613.27%、651.32%、659.53%，可以看出不同有机
450 ℃，主要是聚氨酯分子链中软链段发生分解， 硅用量下得到 MEPU 胶膜的力学性能变化不明显，
包括聚酯和硅氧键的分解。 这主要归因于引入有机硅并没有改变聚氨酯的主体
2.5 水接触角分析 分子结构，只在链末端进行了改性 [18] 。与纯 PU 相
不同 MPSi 用量下 MEPU 胶膜的水接触角如图 比，MPSi 用量为 15%时，MEPU 的拉伸强度增加
3 所示。 0.11 MPa，断裂伸长率增加 5.81%。其中，胶膜拉
由图 3 可知，随着有机硅用量的增加，MEPU 伸强度呈现两次先增加后减小的变化趋势，这是因
胶膜的水接触角呈现先增大后减小的趋势。当有机 为当引入少量有机硅时，有机硅与聚氨酯体系的相
硅含量为 15%时，水接触角由 74.5°增大为 92.6°， 容性较好，同时有机硅的加入使有机硅和聚氨酯形
此时聚氨酯膜表面疏水性最佳。有机硅的加入使胶 成微相分离结构，在一定程度上提高了聚氨酯的力
膜的水接触角均有所增加，这是因为链端有机硅在 学性能，使得材料的拉伸强度略有增加。随着有机
成膜过程中容易向空气界面迁移，有机硅在胶膜表 硅用量的增多，软段含量增多，分子间相互作用力
面富集，胶膜疏水性增强。但当有机硅用量超过一 减小，拉伸强度下降，但有机硅继续增加，体系微