DMPA质量分数对乳液性能的影响

发布时间:2019-11-7

一、DMPA质量分数对乳液室温稳定性的影响

将合成的不同DMPA质量分数的一系列水性聚氨酯乳液测试乳液的稳定性。结果见下图。通常,在离心机中以3000r/min转速离心沉降15min后,若无沉淀,可以认为有6个月的贮存稳定期。

DMPA质量分数对乳液室温稳定性的影响

从上表可以看出,随着DMPA质量分数的增大,乳液从乳白色变为半透明,离心后的少量沉淀到无分层和沉淀,说明乳液越来越稳定。文献也表明只有DMPA质量分数在(3%-8%)范围时,乳液才比较稳定。这是因为预聚物分散以后,疏水的分子链卷曲形成颗粒的核,带有离子的亲水基团则位于颗粒表面,亲水基团朝向水中,由于颗粒不停地做布朗运动以及正负离子相伴而生,在颗粒表面形成一个双电层,产生了电动势,这种电动势阻止了颗粒之间的相互接近而凝聚,形成了稳定的乳液。当DMPA用量为2.6%时,乳液呈乳白色,离心测试后产生分层现象而当DMPA用量达到6.6%时,此时溶液非常稳定。当DMPA质量分数过低时(如2.6%),难以形成稳定的乳液,得到的乳液静置后出现分层现象;DMPA质量分数过高时(如7.6%),反应很难进行,易发生凝胶。所以当DMPA质量分数在(3.6%-6.6%)范围时,乳液比较稳定。因此所制得的乳液DMPA质量分数大于2.6%时乳液稳定性能较好,便于实际生产应用。

二、DMPA质量分数对乳液粘度的影响

将所制得一系列水性聚氨酯乳液测试乳液的粘度,其结果见下图。

DMPA质量分数对乳液粘度的影响

从上图可以看出,随着DMPA质量分数的增加,乳液的粘度增加。这可能是由于水乳液的粘度主要与聚氨酯的离子电荷数量、颗粒结构等因素有关。一方面,随着DMPA质量分数增加,则聚合物分子链上的阴离子数目增多,分子链之间斥力增大,电凝滞效应增强,位移阻力增大,粘度增加。

三、DMPA质量分数对涂膜力学性能的影响

将合成的不同DMPA质量分数的系列水性聚氨酯乳液制成薄膜,测试聚氨酷薄膜的力学性能。其结果见下图。

DMPA质量分数对涂膜力学性能的影响

随着DMPA质量分数的增大,涂膜的拉伸强度呈上升趋势。这是因为随着DMPA用量的增加,分子结构中硬段含量提高,分子内库仑力和氢键作用都增强,链的柔顺性下降,导致涂膜的拉伸强度增加。

同时,随着DMPA质量分数的增加,薄膜的断裂伸长率减小,这是因为在聚氨酯链段结构中氨基甲酸酯键构成硬段,多元醇构成软段,聚氨酯的软段赋予薄膜柔韧性和弹性,因而含较多软段的聚氨酯聚合物具有良好的伸长率和弹性。硬段赋予薄膜强度和硬度,含有较多硬段的聚合物具有较高的强度及较低伸长率。

DMPA用量较低时,体系中硬段含量减少,分子间作用力随之减小,导致产物的拉伸强度相对较低,但由于此时软段含量相对较高,所以薄膜的断裂伸长率相对较高。当DMPA用量增加,分子结构中硬段含量提高,羟基、氨酯键及脲键的浓度较高,产物内聚能密度相应提高,分子内库仑力和氢键作用都增加,导致薄膜的拉伸强度增加。

四、DMPA质量分数对涂膜吸水率的影响

将合成的不同DMPA质量分数的系列水性聚氨酯乳液制成薄膜,测试聚氨酯薄膜的吸水率。其结果见下图。

DMPA质量分数对涂膜吸水率的影响

随着DMPA质量分数的增加,亲水单体的用量增加,涂膜的吸水率提高。这是因为随着亲水单体用量的增加,水的进入比较容易,导致吸水率提高。

五、不同DMPA质量分数对聚氨酯乳液涂层织物性能的影响

DMPA质量分数不仅影响乳液的稳定性和涂膜的力学性能对涂层织物的防水透湿性能也有影响。将合成的不同DMPA质量分数的系列水性聚氨酯乳液,按焙烘温度140℃的工艺进行涂层整理,涂层量约为20g/m²,然后测试涂层后织物的防水透湿性能,结果见下图。

不同DMPA含量对织物透湿量的影响

不同DMPA含量对织物静水压的影响

从上图可以看出,随着DMPA用量的增加,涂层织物的透湿量显著的增加,而静水压不断的减少,这是因为DMPA中COOH含量随着DMPA的增加而增加,使得传递水分子的亲水基石不断增加,水汽分子透过织物的数量增加,从而使得透湿性能得到增加,同时降低了织物的疏水性能,使得静水压下降。从上图可以看出,当DMPA质量分数在2.6%时,织物的透湿量为3002.34g/m²*24h,静水压可达7.02kpa,当DMPA质量分数为3.6%时,织物的透湿量为4736.56g/m²*24h,静水压达6.67kpa,透湿量发生了显著变化,而静水压改变不明显。

从上述测试数据表明,随着DMPA用量的增加,乳液的粘度逐渐增大涂膜的拉伸强度逐渐增大,薄膜的断裂伸长率逐渐减小吸水率逐渐增大同时当DMPA含量在(3.6%-6.6%)范围时,乳液比较稳定。将这一系列不同DMPA含量PU乳液对织物进行涂层,我们可以发现随着DMPA用量的增加,涂层织物的透湿量显著的增加,而静水压不断的减少,当DMPA质量分数为3.6%时,此时织物的静水压为6.67KPa(大于5.58KPa),透湿量可达4736.5g/(m²×24h),大于4000g/(m²×24h)。因而选定本实验中DMPA质量分数为3.6%。

本文标签: 水性聚氨酯乳液 

责任编辑:安大华泰

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