Page 125 - 《精细化工》2021年第11期

第 11 期 梁旭阳，等: 不同硅氧烷改性水性聚氨酯胶膜的性能 ·2271·

沉淀产生，根据文献[16]可判断乳液储存时间至少 中 Si—O—Si 结合能，而 102.67、102.63、102.58 eV
为 6 个月。以上研究结果证明，引入不同结构的硅 则为 Si—O—C 的结合能。表 2 为胶膜表面元素组
氧烷能影响 WPU 乳液的性状。 成，由表 2 可知， DPSDWPU 、 PDMSWPU 和
2.3 胶膜表面元素分析 KF-2201WPU 胶膜表面的理论 Si 摩尔分数分别为
图 3 为胶膜的 XPS 和 Si 2p 谱图。由图 3a 可知， 0.56%、1.63%、1.58%，而实际测量值分别为 16.99%、
284.80、532.18、399.28 eV 分别为 C、O、N 的元素 9.35%、14.10%。胶膜表面 Si 摩尔分数理论值和实
特征峰。152.95 和 101.25 eV 分别呈现 Si 2s 和 Si 2p 际测量值分别呈现 0、30.33、5.74、8.92 倍数的关
的特征峰，而未改性的 WPU 则无相应的特征峰。 系。结果表明，乳液固化成膜的过程中，低表面能和
结果表明，硅氧烷被键接至聚氨酯分子主链。由图 强极性的 Si—O 链段易迁移至胶膜表面富集 [17-18] ，进
3b~d 可知，101.95、101.78、101.89 eV 均为硅氧烷 而提升胶膜的性能。

图 3 胶膜的 XPS 谱图（a）；DPSDWPU 表面 Si 2p 谱图（b）；PDMSWPU 表面 Si 2p 谱图（c）；KF-2201WPU 表面 Si 2p
谱图（d）
Fig. 3 XPS spectra of the films (a); Si 2p spectra on the surface of DPSDWPU (b); Si 2p spectra on the surface of
PDMSWPU (c); Si 2p spectra on the surface of KF-2201WPU (d)

表 2 胶膜表面元素组成 面能测试。由图 4a~c 可知，DPSDWPU、PDMSWPU
Table 2 Surface chemical compositions of films 和 KF-2201WPU 胶膜水接触角分别为 96.37°、
摩尔分数/% 105.72°和 110.05°，比 WPU 胶膜的水接触角（81.08°）
样品
C N O Si（实际） Si（理论）
分别增加了 15.29°、24.64°和 28.97°。相应的胶膜吸
WPU 82.84 0.23 16.93 0 0
水率则呈现下降的趋势，分别为 12.70%、10.19%和
DPSDWPU 59.21 1.36 22.57 16.99 0.56
9.12%，比 WPU 胶膜的吸水率（16.41%）分别下降
PDMSWPU 69.36 1.58 19.72 9.35 1.63
了 3.71%、6.22%、7.29%。对应的表面能也从 WPU
KF-2201WPU 66.55 0.88 19.47 14.10 1.58
的 24.28 mN/m 降低至 14.39、9.67、7.86 mN/m。这

2.4 胶膜水接触角、吸水率与表面能 是因为，Si—O 链段易向胶膜表面富集 [20] ，并覆盖
胶膜表面水接触角基本反映了自身疏水性，也 屏蔽聚氨酯的亲水基团，亲水性未能充分体现，反
是衡量固体表面润湿程度的一个物理量，其值越大， 而展现 Si—O 链段的疏水性。同时，Si—O 链段的
固体表面的疏水性越强 [19] 。胶膜以冷轧铁为基底材 离子性（非定向）及其主链上基团的可交替性增加
料进行测试，图 4 为胶膜水接触角、吸水率以及表 了取代基之间的空间距离，使得硅氧烷具备不同构