Page 110 - 《精细化工》2020年第5期

·960· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

图 6 未改性水性聚脲涂膜（a），2.0%纳米 SiO 2 改性水性聚脲涂膜（b）及 3.0%纳米 SiO 2 改性水性聚脲涂膜（c）断面
的 SEM 图
Fig. 6 SEM images of unmodified waterborne polyurea film (a), 2.0% nano-SiO 2 modified waterborne polyurea film (b), and
3.0% nano-SiO 2 modified waterborne polyurea film (c)

2.8 纳米 SiO 2 含量对聚脲乳液 Zeta 电位的影响 稳定性良好。
纳米SiO 2 含量对聚脲乳液Zeta电位的影响见图7。 2.9 应用性能分析
不同含量纳米 SiO 2 对水性聚脲涂膜应用性能的
影响见表 2。从表 2 可以看出，随着纳米 SiO 2 含量的
增加，表干时间和完全固化时间减少。这主要是因
为水性聚脲是以水作为分散介质，水的表面张力很
大，因此在干燥过程中水分挥发比较慢。加入纳米
SiO 2 之后，水性聚脲的交联度提高，使得其疏水性
提高，进而表面张力降低，水分挥发加快。涂膜的
铅笔硬度先增大后减小。主要原因是纳米 SiO 2 属刚
性粒子，当纳米 SiO 2 以化学键的形式接入到水性聚
脲的分子链中，可以提高整个体系的交联度，但是

图 7 不同乳液 Zeta 电位分析 当纳米 SiO 2 含量超过 2.0%时，其硬度反而减小。主
Fig. 7 Zeta potential analysisofdifferent emulsions 要是因为过多的纳米 SiO 2 发生团聚，使整个聚脲体

分散体的 Zeta 电位绝对值可以直接表征聚脲分 系的稳定性降低，从而导致涂膜的硬度降低。当纳
散体的稳定性，绝对值越大，说明分散体系越稳定， 米 SiO 2 含量为 2.0%时，加入纳米 SiO 2 对于涂膜的
储存期越久。从图 7 可以看出，随着纳米 SiO 2 含量 耐冲击性和附着力并没有明显影响；耐酸碱性也有
的逐渐增加，Zeta 电位绝对值缓慢减小。这是因为 一定程度的提高。主要是因为纳米 SiO 2 本身就具有
当加入纳米 SiO 2 改性后，其表面的—OH 与—NCO 很强的耐化学性，纳米 SiO 2 改性之后使得改性水性
反应增大了交联度，使得离子基团向微粒外部迁移 聚脲耐酸碱性得到了较大幅度的提升，改性水性聚
变得困难，电位绝对值降低，但均大于 40。这说明 脲的性能最佳，其铅笔硬度和耐冲击性能均优于有
当纳米 SiO 2 含量小于 3.0%时，改性水性聚脲的储存 机硅改性水性双组分聚氨酯 [18] 。

表 2 SiO 2 含量对水性聚脲涂膜应用性能的影响
Table 2 Effect of SiO 2 content on the application properties of waterborne polyurea coating films
b
SiO 2 含量/% 表干时间/min 完全固化时间/h 铅笔硬度 耐冲击性/cm 附着力/级 耐酸性 a 耐碱性
0 69 6.0 HB 50 0 10 d 不起皱 7 d 不起皱
1.0 57 5.5 1H 50 0 14 d 不起皱 13 d 不起皱
1.5 46 5.0 2H 50 0 20 d 不起皱 16 d 不起皱
2.0 35 4.0 3H 50 0 30 d 不起皱 20 d 不起皱
2.5 30 3.5 2H 50 0 30 d 不起皱 22 d 不起皱
3.0 24 3.0 2H 50 0 30 d 不起皱 20 d 不起皱
a：质量分数为 5%的 HCl 测定；b：质量分数为 5%的 NaOH 测定。

优良的涂膜。红外分析表明，纳米 SiO 2 已经被接入
3 结论
水性聚脲分子链中。
（1）采用纳米 SiO 2 改性水性聚脲，制备了性能 （2）当纳米 SiO 2 含量为 2%时，涂膜的综合性