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水性聚氨酯(WPU)以其环境友好特性备受科研工作者的青睐,但由于在合成过程中引入了亲水基团,导致其耐水性能较差。聚硅氧烷具有低表面张力、良好的疏水性等优点被用来改善WPU膜的耐水性。但是目前更多关注的是聚硅氧烷对WPU胶膜疏水性的改性效果,而忽略了其对WPU乳液稳定性的影响。本课题通过结构设计合成了三种不同结构的聚硅氧烷,并将其分别用于WPU的改性,并通过调节亲水基的结构和位置,获得兼具良好乳液稳定性和胶膜耐水性的WPU。并对WPU的乳液和胶膜的综合性能进行研究。具体研究内容如下。首先以三甲基氯硅烷(TMCS)对羟基硅油(HSO)进行部分封端制得单端羟基硅油(SHSO);然后以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己二酸1,4-丁二醇酯(PBA2000)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为原料合成聚氨酯预聚体(PPU);最后以SHSO为疏水剂、乳酸(LA)为亲水剂对PPU进行封端改性制得具有亲/疏水链端的水性聚氨酯(ATPU)。单因素实验结果优化出ATPU的最佳合成条件,即n(IPDI):n(PBA2000)为2.5,DMPA用量为3.0 wt.%,SHSO用量为10.0 wt.%。傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)测定结果表明反应按照预期路线进行。X-射线衍射(XRD)测试结果表明:ATPU的结晶度下降;热重分析(TGA)结果表明:ATPU的初始分解温度降低,但其耐高温性能提高;原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观察结果表明:ATPU的相分离程度增大;扫描电子能谱(EDS)检测结果表明:ATPU胶膜表面Si元素富集明显且比纵切面含量高24%。与未改性的WPU相比,ATPU乳液平均粒径降低了 46.52 nm,乳液更加稳定,ATPU胶膜的吸水率降低了 4.7%,水接触角增加了 19.9°,拉伸强度减小了 2.8 MPa,断裂伸长率增加了 78%。说明此改性方法同时提高了 WPU胶膜的耐水性和乳液稳定性。为避免封端剂对分子量的影响进而影响胶膜的综合性能,研究将亲水和疏水改性剂同时接枝到WPU分子侧链的改性效果。具体为:采用二乙醇胺(DEOA)对甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(mPEG-AC)进行改性制得N,N-二羟乙基氨基丙酸甲氧基聚乙二醇酯(SDPG);以SHSO为原料,与丙烯酰氯(AC)和DEOA两步反应后得到N,N-二羟乙基氨基丙酸聚二甲基硅氧烷酯(SDPSi);最后以SDPG和SDPSi作为亲水剂和疏水剂对PPU进行改性,制备得到两亲型梳状水性聚氨酯(SSPU)。单因素实验优化出最佳的反应条件为:n(IPDI):n(PBA2000)为 2.5,DMPA 用量为 3.0 wt.%,SDPG 和 SDPSi的用量均为10.0 wt.%。FTIR和1H-NMR分析结果表明反应按照预期路线进行。XRD测试结果表明:SSPU胶膜的结晶度下降;TGA结果显示SSPU的初始分解温度降低,但其耐高温性能提高;AFM和SEM观察结果表明:SSPU胶膜的相分离程度增加;EDS检测结果表明:SSPU胶膜表面Si元素富集明显且为纵切面含量的3倍。与WPU的性能进行了对比,结果表明:SSPU乳液平均粒径降低了 20.22 nm,说明乳液稳定性更好,SSPU胶膜的吸水率减小了5.3%,水接触角增加了 11.5°,硬度由3H下降到2H,抗张强度增加了4.6 MPa,断裂伸长率增加了 126%。说明此改性方法提高了 WPU的胶膜耐水性和乳液稳定性,同时力学性能也有所提高。上述两种改性方法降低了胶膜的硬度,增大了胶膜的相分离程度,同时对胶膜的力学性能改善较小,因此,进一步利用超支化的结构特性来改善这些缺陷。首先以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)和三甲基氯硅烷(TMCS)为原料合成了端氨基超支化聚硅氧烷(HPSi-NH2),然后将其作为后扩链剂用于PPU的改性,制得端氨基超支化聚硅氧烷改性水性聚氨酯(HSiPU)。单因素实验优化出最佳的合成条件为:n(IPDI):n(PBA2000)为 3.5,DMPA 用量为 5.0 wt.%,HPSi-NH2 用量为2.0 wt.%。在此条件下制备的HSiPU乳液呈现稳定的半透明状,FTIR和1H-NMR分析结果证明已成功合成了 HSiPU;XRD结果显示其结晶度降低;TGA结果表明:HSiPU的热稳定性提高;AFM和SEM观察结果表明:HSiPU的相分离程度减小;EDS检测结果表明:HSiPU胶膜表面和纵切面的Si元素分布较均匀。与未改性的WPU相比,HSiPU的乳液平均粒径由56.76 nm增至73.85 nm,胶膜硬度由3H变为4H,胶膜吸水率下降了 10.9%,水接触角增大了 26.3°,拉伸强度增加了 10.1 MPa,断裂伸长率增加了 183%。说明通过HPSi-NH2改性,提高了 WPU胶膜的耐水性、力学性能、热稳定性和硬度,同时胶膜的相分离程度减小。