Page 127 - 《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 ·2273·
60 ℃时，胶膜无明显变化。80 ℃时，WPU 和 KF-2201 和 PDMS 的引入提高了 WPU 胶膜的黄变温
DPSDWPU 出现少量乳白色变化。100 和 120 ℃时， 度，而 DPSD 对于胶膜的影响相对较小。KF-2201WPU
WPU 的乳白色加重，此时胶膜已开始老化。140 ℃时， 和 PDMSWPU 胶膜表面富集强键能的 Si—O—Si，
WPU 黄变程度加重，DPSDWPU 也开始大面积老化， 具有良好的热稳定性，不易发生黄变 [24] ，而 KF-
而 KF-2201WPU 和 PDMSWPU 也在 140 ℃左右开始 2201WPU 含有苯环结构也能提升胶膜的耐热性，其
出现黄变现象，但 KF-2201WPU 黄变面积最小。160 ℃ 热稳定性强于 PDMSWPU。而 DPSD 引入 Si—O 键
时，均出现大面积黄变现象，且 WPU 与 DPSDWPU 的含量相对较少，小分子改性 WPU 大分子，不易
胶膜开始部分剥落，KF-2201WPU 和 PDMSWPU 则是 实现隔层阻热的目的，仅以苯环发挥主要作用，对
黄变程度加重，KF-2201WPU 变化较小。结果表明， 胶膜耐热性的提升较小。
图 6 胶膜在不同温度下的变化
Fig. 6 Variation of films at different temperatures
2.6 胶膜表面、断裂截面形貌 脆断断裂截面的冲击力和断裂力，不易形成较大面积
图 7 为不同胶膜改性前后表面微观形貌的变 的层状褶皱 [29-30] 。
化。由图 7A 可以看出，改性前 WPU 胶膜表面粗糙， 2.7 胶膜的 AFM 分析
类似沟壑状；然而，经过改性后，胶膜表面的沟壑 通过 AFM 相图可以观察硅氧烷对 WPU 微相分
明显变小，且排列更为精细。精细纹样可能归因于 离的影响 [31] ，图 8a、c、e、g 分别为 WPU、DPSDWPU、
硅氧烷引起了聚氨酯的软硬段的相分离 [25] 。由图 7B PDMSWPU、KF-2201WPU 胶膜的相图，图中较暗
可知，改性前 WPU 的拉断截面有明显的褶皱，而 的区域为内聚能较低的软段，而内聚能较高的明区
改性后拉断截面的褶皱显著减少，微观形貌更加顺 则为硬段。由图 8a 可知，从图 6 的黄变程度可判断
滑平整。由图 7C 可知，WPU 胶膜的脆断截面有明 软硬段相分界面模糊、相畴小，软硬段微相分离程
显的裂纹且不平整，而改性后的胶膜断裂截面更加 度较小。引入低表面能的硅氧烷后，DPSDWPU、
顺滑且无明显裂纹。结果表明，改性后胶膜表面、 PDMSWPU、KF-2201WPU 胶膜有较明显的明暗区
正常断裂和液氮脆断断裂截面平整度和光滑度均显 分离，相界面变得更清晰，微相分离程度变大。这
著提高，从微观形貌发现，改性后胶膜的通透性明显 是因为，硅氧烷结构与聚氨酯分子结构间固有的热
降低 [26-28] ，且从无规褶皱转变为有规褶皱，呈现由无 力学不相容性有助于促进聚氨酯的软硬段微相分离
序至有序的趋势。这是因为，WPU 乳液改性后成膜 [25] ，这也佐证了 DSC 和 SEM 分析微相分离的结论。
能力变强，形成的胶膜裂隙显著减少，不易形成较 由于聚氨酯是由软硬段链交替形成嵌段型聚合物，
大面积的层状裂痕。同时，改性也增强了乳液的润滑 不同结构的软段和硬段分别聚集，因此会展现出粗
性，改善胶膜内部的黏结性，削弱正常拉断断裂截面和 糙的表面。图 8b、d、f、h 给出了 4 种胶膜的表面
