硅氧烷對聚氨酯樹脂表面性能影響的研究

趙起樑，余 敏，盧漢炎，晁國庫，盧漢敏，趙亞娟，任寶東

（1.溫州大學化學與材料工程學院，浙江 溫州 325035；2.溫州南力實業(yè)有限公司，浙江 溫州 325000）

硅氧烷對聚氨酯樹脂表面性能影響的研究

趙起樑1，余 敏2，盧漢炎2，晁國庫1，盧漢敏2，趙亞娟1，任寶東1

（1.溫州大學化學與材料工程學院，浙江 溫州 325035；2.溫州南力實業(yè)有限公司，浙江 溫州 325000）

以聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇（PBA）、1，4-丁二醇（1.4-BDO）、4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、二羥基甲基丙酸（DMPA）為原料，采用丙酮法制備了硅氧烷改性的水性聚氨酯樹脂。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、表面張力測試等儀器表征了聚氨酯樹脂的表觀性能，并探索了硅氧烷對聚氨酯的樹脂表面性能的影響規(guī)律。

水性聚氨酯；硅改性；丙酮法

在水性聚氨酯樹脂的應用中，常常需要改變聚氨酯樹脂的極性。尤其是水性聚氨酯樹脂，人們采用很多辦法進行研究，以調節(jié)水性聚氨酯樹脂的表面性能，在水性聚氨酯樹脂的分子鏈上引進硅氧烷是常用的方法之一[1-5]。本文利用氨基硅油，將硅氧烷直接引入到水性聚氨酯分子鏈上，改變其極性，以改善水性聚氨酯樹脂的潤濕性，提高其初黏性。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與儀器

4, 4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、聚己二酸-1.4-丁二醇酯二醇、1,4-丁二醇、二羥甲基丙酸、三乙胺、氨基硅油208。

掃描電子顯微鏡S-570、接觸角/表面張力測試儀JC-2000、TG-DSC 200 F3自動進樣差熱分析儀。

1.2 硅氧烷改性水性聚氨酯的制備

按計量要求向四口燒瓶內投入一定量的PBA、MDI、DMPA和擴鏈劑1,4-BDO，以丙酮作溶劑，開動攪拌器，回流冷凝水，加熱升溫,控制溫度在85～100℃，反應3h，再按計量要求滴加氨基硅油反應2h。冷卻，加入計量的三乙胺（TEA）中和15min，加入蒸餾水乳化，強烈攪拌15min，最后旋轉蒸發(fā)脫出丙酮，即得到硅氧烷改性水性聚氨酯樹脂[6-7]。

1.3 分析與表征

1.3.1 吸水性能的表征

參照《QB/T 1034-1998塑料吸水性試驗方法》，通過稱量材料浸水前后重量的變化來表示吸水性，以吸水率表示。

1.3.2 玻璃化溫度的測定

參照《GB/T 19466.2-2004塑料玻璃化轉變溫度》，利用差熱分析儀（DSC）測定玻璃化轉變溫度。

1.3.3 接觸角的表征

用接觸角/表面張力測試儀JC-2000測定接觸角，并以5min后水滴與聚氨酯薄膜的接觸角大小和接觸角大小隨時間的變化情況，評價聚氨酯薄膜的親水性。

2 結果與討論

2.1 硅氧烷的含量對接觸角的影響

確定擴鏈劑1,4-BDO與PBA聚酯多元醇的摩爾比（C/A）分別為 0.50、1.00、1.25，改變氨基硅油的添加量，分別制備水性聚氨酯樹脂,并測定其膜的接觸角，結果見圖1。

圖1 接觸角隨著硅氧烷含量的變化規(guī)律

從圖1可以看出，當硅氧烷含量增大時，接觸角也增大，并且C/A變化時，接觸角變化不大。當硅氧烷含量增大到10%時，接觸角規(guī)律性下降。這主要是由于硅氧烷含量增大到10%以上后，硅氧烷與異氰酸酯反應不完全，有游離的硅氧烷析出，導致規(guī)律性下降。

2.2 硅氧烷含量對粘合劑吸水率的影響

確定擴鏈劑1,4-BDO與PBA聚酯多元醇的摩爾比（C/A）分別為 0.50、1.00、1.25，改變氨基硅油的添加量，分別制備水性聚氨酯樹脂并測定其膜的吸水率，結果見圖2。

圖2 硅氧烷含量與吸水率的影響

從圖2可以看出，隨著硅氧烷含量的增大，涂膜的吸水率總體保持下降。C/A為0.50時，涂膜的吸水率降低速率很快，C/A增大，吸水率降低。

2.3 玻璃化溫度

確定擴鏈劑1,4-BDO與PBA聚酯多元醇的摩爾比（C/A）分別為 0.50、1.00、1.25，改變氨基硅油的添加量，分別制備水性聚氨酯樹脂并測定其膜的玻璃化轉變溫度，結果見圖3。

圖3 硅氧烷含量對玻璃化溫度的影響

從圖3可以看出，隨著硅氧烷含量的增大，涂膜的玻璃化轉變溫度先增大后減小。當硅氧烷含量達到10%左右時，玻璃化轉變溫度逐漸減小。

2.4 掃描電鏡圖

圖4是硅氧烷改性前后表面掃描電子顯微鏡圖。從圖4中可以明顯地看出，未改性的聚氨酯膜表面微觀結構形貌較均一、平整，而硅氧烷改性后的聚氨酯膜表面微觀結構則具有高低起伏的水波紋特征。表明聚硅氧烷與聚氨酯鏈段是熱力學不相容的體系，容易產生微相分離，由于較低的表面能，聚硅氧烷向體系表面遷移，導致體系近表面部分的相分離程度要高于中心部分。

圖4 硅氧烷改性前后表面掃描電子顯微鏡圖

3 結論

將硅氧烷引入到聚氨酯分子鏈段中，可改變聚氨酯樹脂的微觀結構，具體表現(xiàn)在對聚氨酯樹脂的玻璃化溫度、接觸角、吸水性有較大的影響。

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Study on Influence of Siloxane on Surface Properties of Polyurethane Resin

ZHAO Qiliang1, YU Min2, LU Hanyan2, CHAO Guoku1, LU Hanmin2, ZHAO Yajuan1, REN Baodong1
(1. College of Chemistry and Material Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China;2. Wenzhou Nanli Industrial Co. Ltd., Wenzhou 325000, China)

Using poly adipic acid-1,4-butanediol glycol ester(PBA),1,4-butanediol(1.4-BDO), 4,4-diphenylmethane diisocyanate(MDI),2-hydroxy-methyl propionic acid(DMPA) as raw materials, silicone modified waterborne polyurethane resin was prepared by acetone method. Scanning electron microscope(SEM), surfacetension test instrument was used to characterize the performance of polyurethane resins, and explored the inf l uence of silicone resin on the surfaceproperties of polyurethane.

waterborne polyurethane; silicone modif i ed; acetone method

TQ 323.8

A

1671-9905(2017)10-0020-02

任寶東（1964-），男，講師，主要研發(fā)精細化工產品

2017-06-19