Page 108 - 《精细化工》2020年第5期

·958· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

2 结果与讨论 着纳米 SiO 2 的不断加入，纳米 SiO 2 通过溶胶-凝胶
的过程与 KH550 形成化学键，使纳米 SiO 2 粒子均
2.1 聚合物结构分析 匀分散于聚脲分子链中，从而提高了乳液黏度。此
改性和未改性水性聚脲的红外光谱图见图 1。 外，纳米 SiO 2 本身具有很大的表面能，可以吸附在聚

脲乳胶粒子的表面，使聚脲乳胶粒子的运动变慢，
从而表现为乳液的黏度增大。然而，随着纳米 SiO 2
含量的继续增加，纳米粒子之间发生团聚，使得纳
米 SiO 2 和聚脲之间不再以化学键的形式连接，此时
表现为乳液黏度的增加变缓。继续增加纳米 SiO 2 的
含量，会使聚脲分子链中出现越来越多的疏水结构，
也会提高聚脲分子的交联度。因此，会使乳化变得
更加困难，最终导致水性聚脲乳胶粒子的粒径不断
增大。

2.3 纳米 SiO 2 含量对涂膜耐水性的影响
图 1 改性（a）和未改性（b）水性聚脲的 FTIR 谱图
Fig. 1 FTIR spectra of modified and unmodified waterborne 在制备水性聚脲的过程中，在分子链中引入了
polyureas 亲水基团，当水分子与涂膜接触时，由于亲水基团
对水的吸引力作用，水分子会吸附在涂膜表面，而
–1
从图 1 可以看出，1301 cm 附近出现的强吸收 后进入涂膜内部，导致聚脲膜溶胀。因此，吸水率
峰说明有羧酸根存在，表明 DMPA 已经与异氰酸根 和接触角是表征纳米 SiO 2 对聚合物表面疏水性能影
发生反应，聚脲已经水性化。与谱线 b 相比，谱线 响的重要指标。纳米 SiO 2 的含量对涂膜吸水率和接
–1
a 在 470 cm 处有吸收峰 [17] ，这是 Si—O—Si 的特征 触角的影响见图 2。
–1
峰，1097 和 470 cm 处的峰分别是由 Si—O—Si 的伸
缩和弯曲振动引起。另外，从图 1 还可以看出，C—H
–1
伸缩振动吸收峰出现在 3000 cm 以下，表明在纳
米 SiO 2 表面的硅烷醇基之间形成了共价键，证明纳
米 SiO 2 已经成功接入到聚脲分子链中，成功合成了
纳米 SiO 2 改性水性聚脲。
2.2 纳米 SiO 2 含量对水性聚脲性能的影响
表 1 是纳米 SiO 2 含量（质量分数）对水性聚脲乳
液性能的影响。

表 1 纳米 SiO 2 含量对水性聚脲乳液性能的影响 图 2 纳米 SiO 2 含量对涂膜耐水性的影响
Table 1 Effect of nano-SiO 2 content on the properties of Fig. 2 Effect of nano-SiO 2 content on the water resistance of
waterborne polyurea emulsions coating films

纳米 SiO 2 含量/ 黏度/ 粒径/ 分散体系 储存稳定性/ 从图 2 可以看出，随着纳米 SiO 2 含量的增加，涂
% （mPa·s） nm 外观 月
膜的水接触角增大，吸水率减小。当纳米 SiO 2 含量
0 33 49.6 淡黄透明 >6 为 2.0%时，吸水率可达 11.12%，水接触角为 75.24°。
1.0 46 125.7 淡黄透明 >6 纳米 SiO 2 通过 KH550 与聚脲分子链形成了稳定的
1.5 58 149.4 淡黄透明 >6
交联结构，使其均匀分散于聚脲中。另外，纳米 SiO 2
2.0 70 183.2 淡黄透明 >6 表面具有大量的—OH 会与—NCO 反应，形成了高交
2.5 76 223.9 深黄泛白 <6 联度的结构，也会与聚脲分子链中的羰基形成氢键，
3.0 81 302.2 深黄泛白 <6 聚脲分子结构更加紧密，交联度大幅提升，使得材
料耐水性提高，水分子不易被涂膜吸附而渗透到涂
从表 1 可以看出，随着纳米 SiO 2 含量的增加， 层内部，导致吸水率降低、水接触角变大。
水性聚脲的粒径逐渐变大，改性水性聚脲的黏度先 2.4 纳米 SiO 2 含量对涂膜机械性能的影响
急剧增加，然后呈缓慢增加趋势。这主要是因为随 纳米 SiO 2 含量对涂膜机械性能的影响见图 3。