Page 123 - 《精细化工》2021年第11期
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第 11 期                      梁旭阳，等:  不同硅氧烷改性水性聚氨酯胶膜的性能                                   ·2269·


            向，具有巨大的发展潜力。因此，研究人员正在解                             仪、DSC214 型差示扫描量热仪，德国耐驰公司；
            决发展过程中所遇到的种种难题                [3-4] 。WPU 作为应       Dimension Icon 原子力显微镜，德国布鲁克公司。
            用最为广泛的高分子材料之一，其乳液通过干燥而                             1.2   样品的制备
            形成的胶膜仍存在耐水性和耐热性的不足，这限制                             1.2.1   硅氧烷改性 WPU 大分子和乳液的制备
                     [5]
            了其应用 。因此，对材料的主要成分 WPU 进行改                              在配有回流冷凝管、机械搅拌、温度计和 N 2
            性十分必要。                                             保护的三口烧瓶中加入 10.0 g （0.010 mol）PPG1000
                 硅氧烷作为常用的改性填料，具有良好的耐水                          和 5.0 g （0.023 mol）IPDI，滴加含量 0.2%（以 IPDI
                       [6]
            性和耐热性 。因此，选用含 Si—O 不同骨架的硅                          与 PPG1000 总质量计，下同）的 DBTDL，加热至
            氧烷改性具有代表性的阴离子型 WPU。在其分子主                           70  ℃，恒温反应 1 h，再升温至 85  ℃反应 2 h，至
            链上化学键接硅氧烷可以改善其组成和结构，优化                             —NCO 值达到理论量（采用二正丁胺回滴法）。然
                [7]
            性能 ，可以提高胶膜的耐水性和耐热性等                    [8-9] 。YU   后，加入 0.6358 g （0.0047 mol）二羟甲基丙酸（15
            等 [10] 通过引入不同结构（侧链和直链）的大分子硅                        mL N-甲基吡咯烷酮溶解），再加入 0.2250 g （0.0025
            氧烷改性 WPU，胶膜疏水性均有较大提升，侧链改                           mol）1,4-丁二醇扩链，反应 2 h，降温至 55  ℃。加
            性优于直链改性，水接触角能达到 105.3°，但耐水                         入含量 5.0%的 DPSD 进行改性，充分反应 3 h。加
            性和耐热性仍有改善空间。ZHANG 等                 [11] 考虑到原      入 0.4756 g  （0.0047 mol）三乙胺中和 15 min，丙
            料环保性，以双酚 A 环碳酸酯和脂肪酸胺为原料，                           酮调节体系黏度，将上述反应液降至室温，加入 40
            合成氨基封端的非异氰酸酯聚氨酯，再以小分子的                             mL 去离子水高速搅拌乳化 30 min（1800 r/min）。取
            正硅酸乙酯改性，提高了胶膜的耐热性和耐腐蚀性，                            出乳液，减压蒸馏脱去有机溶剂，即得改性后的
            但其耐水性仍然不足。不同结构和不同相对分子质                             WPU 乳液，记为 DPSDWPU，置于样品瓶中备用。
            量的硅氧烷对 WPU 性能的影响有较大差异。目前，                              其余产物的制备方法同上，只需将改性原料
            国内外对于硅氧烷改性 WPU 的研究有很多，然而                           DPSD 更换为 PDMS 和 KF-2201，改性后的 WPU 乳
            关于改性原料硅氧烷的软硬链段、分子极性、分子                             液记为 PDMSWPU 和 KF-2201WPU，按照上述制备
            结构、相对分子质量等方面的研究报道较为少见。                             方法，未添加 DPSD 即可得到 WPU 乳液。改性 WPU
                 基于此，采用不同化学结构和组成的硅氧烷二                          的制备过程见图 1，包含改性 WPU 乳液的制备和
            苯基硅二醇（DPSD）、双端羟基聚二甲基硅氧烷                            成膜。
            （PDMS）和改性硅油 KF-2201 化学改性 WPU，制                     1.2.2   胶膜的制备
            备相应的乳液和胶膜，对其进行表征。重点探讨不                                 将制备的乳液涂覆于冷轧铁皮表面，室温下于
            同类型硅氧烷对 WPU 胶膜耐水性和耐热性的影响。                          水平面上自然流延成膜，固化 1 d，置于鼓风干燥箱
            本研究有望为硅氧烷改性 WPU 胶膜的研究和应用                           40  ℃烘烤 2 d，室温放置 1 d，再置于干燥器中备用。
            提供一定参考。
                                                               胶膜样条的制备：将乳液置于聚四氟乙烯模具中
            1   实验部分                                           40 ℃干燥 5 d，然后，把制好的 100 mm×10  mm×
                                                               2 mm 胶膜样条置于干燥器中备用。
            1.1   试剂与仪器                                        1.3   乳液和胶膜性能测试
                 聚丙二醇 1000（PPG1000），工业级，异佛尔酮                       FTIR 测试：利用 KBr 压片法对样品进行测试。
            二异氰酸酯（IPDI）、二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇，                        乳液粒径测试：将乳液稀释至固体质量分数约为
            分析纯，二月桂酸二丁基锡（DBTDL），化学纯，                           1.0%，测试乳液粒径及其分布，每组样品平行 3 次，
            上海麦克林生化科技有限公司；丙酮、三乙胺                               取平均值 。乳液稳 定性测试 ：参照 GB/T
            （TEA），分析纯，成都金山化学试剂有限公司；                            6753.3—1986《涂料贮存稳定性试验方法》中的贮
            DPSD（M w =216.31），分析纯，上海阿达玛斯试剂有                    存实验条件测试乳液的机械稳定性，将乳液以
            限公司；PDMS（M w =4200），工业级，阿法埃莎化                      3000 r/min 搅拌 15 min，若乳液无沉淀产生，则能
            学有限公司；改性硅油 KF-2201（M w =4841），工业                   贮存 6~12 个月。水接触角测试：采用静态水滴法，
            级，日本信越集团。                                          测试平面调整水平，测试液滴为 4.0  μL，抓拍 3 张
                 Nicolet 6700 型傅里叶变换红外光谱仪、Inspect              液滴与测试平面的接触角，在平面任取 3 点滴液，
            F50 扫描电子显微镜、Kalpha X 射线光电子能谱仪，                     取平均值。SEM 测试：样品拉断和液氮脆断，再喷
            美国赛默飞世尔公司；Malvern 2000 型湿法激光粒                      金处理，加速电压 10 kV。AFM 测试：测试温度
            度仪，英国马尔文公司；CA-100C 型接触角测量仪，                        25 ℃，扫描速度 1 Hz，观察范围为 5 μm×5 μm，观
            上海盈诺精密仪器有限公司；TG209F3 型热重分析                         察胶膜表面微相分离程度、粗糙度以及形貌。TG 测试：
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