【摘要】 实验过程中研究了PEI的加入量对WPU乳液及其薄膜性能的影响。

电子万能试验机-富氨基水性聚氨酯(WPU)材料因其无污染、安全可靠、力学性能优异而受到越来越多的关注。然而由于分子量低，在实际应用中存在一系列的缺点，如机械性能低、耐热性差、耐水性差等。在Baojian Yao等人的工作中以聚四甲基醚乙二醇(PTMG)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)分别为软段和硬段，蓖麻油(CO)为预交联剂，聚乙烯亚胺(PEI)为大分子后交联剂，制备了高交联性阳离子水性聚氨酯乳液。

 

实验过程中研究了PEI的加入量对WPU乳液及其薄膜性能的影响。采用粘度计、pH计、高速离心机和激光粒度分析仪对WPU乳液的性能进行了表征。WPU乳液的粘度为5 ~ 12 mPa·s, pH为2.69 ~ 3.03，固含量约为35%，粒径为80 ~ 150 nm。

 

采用浇铸法制备了WPU薄膜。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、交联密度测量、热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)以及电子万能试验机和接触角测量仪对WPU膜的结构、热性能、力学性能和表面润湿性进行了表征。

 

图1 PEI加入量对WPU薄膜力学性能的影响

 

通过运用电子万能试验机研究了PEI添加量对拉伸强度和断裂伸长率的影响。如图1所示，随着PEI加入量从0.0 g增加到1.8 g，拉伸强度从4.02 MPa逐渐增加到12.67 MPa。WPU-6的拉伸强度比WPU-0提高了214.9%。

 

随着PEI质量从0.0 g增加到0.6 g，断裂伸长率从662.1逐渐增加到891.0%;随着PEI质量从0.6 g增加到1.8 g，断裂伸长率从891.0下降到729.0%。硬段由二异氰酸酯、短链二醇和二羟胺组成，它们赋予聚合物刚性和强度。加入PEI交联剂后，硬段在聚合物基体中形成三维交联中心，使得产品的力学性能更好在未添加PEI的情况下，PU预聚体链中CO仅产生少量交联结构，且PU链之间的作用力主要为物理力，因此PU链容易滑动，导致WPU膜的抗拉强度低。

 

乳化过程中加入PEI后，分子链中形成更多的三维交联中心，在一定程度上抑制了PU链的滑动，从而提高了WPU膜的抗拉强度。由于PEI分子的大分子特性，PU链中交联点之间的分子量仍然很大，即PU链保持了良好的柔韧性。因此，WPU薄膜的断裂伸长率也足够大为了与前人的研究结果进行比较，从图2可以看出，工作中制备的WPU膜具有良好的抗拉强度和断裂伸长率。

 

图2 不同报道结果的WPU薄膜力学性能与样品的比较

 

结果表明随着PEI含量的增加，WPU薄膜的交联密度、热稳定性、接触角和抗拉强度均增加，但断裂伸长率先增加后降低。

 

[1] Ind. Eng. Chem. Res. 2022, 61, 5484−5492.

 

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