水性聚氨酯固含量理论模型及磺酸型水性聚氨酯浅谈
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磺酸 钠 （ Ｄ ＨＰ Ａ） 作 为 亲 水 扩链 剂 ， 制 得 的乳 液 固含 量高 达 ６ １ ％。 由磺 酸型 扩链 剂合 成 的 ＷＰ Ｕ最 大 固含 量 虽 然
Ｖ＝口
由公 式 （ ４ ） 、 （ ５ ） 、 （ ６ ） ， 得 到 乳 胶 粒 子 的体 积 占 有 率 的计 算公 式 ：
为７ ４ ％Ｅ 。
、
比羧 酸 型 ＷＰ Ｕ的高 ， 但 美 中不 足 的 是磺 酸 型 扩 链
剂在 有机 溶剂 中的溶解 性远 不如 羧酸 型扩链 剂好 。
常见 的羧 酸 型 扩链 剂 有 ２ ， ２ － 二 羟 甲基 丙 酸
（ Ｄ ＭＰ Ａ） 。常见 的磺 酸型 扩链 剂有 间 苯二 甲酸二 羟
时， 乳 液稳 定 ； 日＜ 时， 乳 液 不稳 定 。 当 日趋 近 时， 卢趋近 。故提 高 卢 有两 条途 径 ： 减 小 ， 即提 高乳 胶粒 子 表 面 电荷 密 度 ， 或者是增 大 Ｒ 。
中的分布 有 关 。
和
月 的大小 与亲 水基 团 的性 质 、 含 量 及 其 在乳 胶 粒 子
将增 大乳 胶 粒子 表 面 电荷 密 度 ， 从 而 提 高乳 胶 粒 子
。
顶 角乳 胶粒 子与 所在 面心乳 胶 粒子 的表 面距离 。其
排 列方 式 如 图 １ 。
电位 ， 大 幅 度 降 低 。 实 践 也 证 明 了 磺 酸 型
ＷＰ Ｕ技 术路 线是 制备 高 固含量 ＷＰ Ｕ最有 效 的途径
・４ ５・
大 于引 力能使 胶 体 粒子 保 持 稳 定 ， 当斥 力 小 于粒 子 间的 引力 时 ， 粒子 就会 相互 吸 引 、 聚集 成沉 淀 。
１ ． ３ 新 型理 论模 型
三 乙胺盐 ， 属 于弱 酸弱碱 盐形 成 的弱 电解质 ， 其 电离
程度 符合 稀 释定律 ， 电离 度 随着 弱 电解 质 浓 度 的
之一。
２ ． ２ 磺 酸型 水性 聚氨 酯
２ ． ２ ． １ 硬段 含磺 酸基 团的 水性聚 氨酯
硬 段含 磺酸 基 团 的水 性 聚氨酯是 由过量二 异氰
酸酯 与多元 醇 预聚 ， 然 后 再 通 过 小分 子 磺 酸 型 扩链
图 １ 乳 胶 粒 子 堆 积 方 式
剂 进行 扩链 ， 从 而将 磺 酸基 团引 入 硬 段 而制 得 。要 制 备高 固含 量 的磺酸 型 ＷＰ Ｕ， 适 宜 的磺 酸 型亲 水扩
为磺 酸型 ＷＰ Ｕ可具 有更 高 的 固含 量 。介 绍 了磺 酸型 ＷＰ Ｕ 的类型 以及磺 酸 型扩链 剂 。
关 键词 ： 理 论模 型 ； 水性 聚氨 酯 ； 固含 量 ； 磺 酸盐 型扩链 剂 中图分 类号 ： Ｔ Ｑ ３ ２ ３ ． ８ 文献标 识码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ０ ０ ５ — １ ９ ０ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ４ ４ — ０ ３ Ｇ ｏ ｕ ｙ和 Ｃ ｈ ａ ｐ ｍ ａ ｎ模 型 。
水性 聚氨 酯 （ ＷＰ Ｕ） 凭 借 其 良好 的性 能 和 环 境
友好 特性 发展 迅猛 。其应 用 开发 已 由传 统 的皮革 涂 饰 剂延 伸 到木 器涂 料 、 胶 粘 剂 等 领 域 １ １ 。 目前 主 要
Ｌ ｏ ｒ ｅ ｎ ｚ ０用 双 电层 理 论 说 明 了 离 子 型 ＷＰ Ｕ的
假 设 乳胶 粒 子 为球 型 ， 且 两个 乳 胶 粒 子 大小 相 等， 则 两个 球形 粒 子 间的引 力 可近 似为 ：
ｖ Ａ＝一Ａ ａ ／ （ １ ２ Ｈ ｏ ） （ １ ）
其 中 表示 Ｈ ａ ｍ ａ ｋ ｅ ｒ常 数 ， ｎ为 粒 子 半 径 ； 为 两球 表 面间距 离 。
贝 ０ 口＝（ ４ Ｒ＋２ Ｈ） ／√ ２ （ ４ ／ ３ ） ， ｒ ｒ Ｒ 。×４
７ －
（ ４ ） （ ５ ）
（ ６ ）
链 剂是 关 键 。李 晓 萱 等 ＿ ６ 制 得 的 聚 氨 酯 乳 液 固 含 量最 高可 达 ５ ５ ％。卫 晓利 等 以 １ ， ２ － 二羟基一 ３ 一 丙
成 为产 品应 用开 发技 术 的瓶颈 之一 。 对 某些应 用 而 言 ， 高 固含 量 ＷＰ Ｕ 有 利 于 减 少
２ ０世 纪 中 期 ， 苏联的 Ｄ ｅ ｒ ｊ ａ ｇ ｕ ｉ ｎ和 Ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｕ ｙ ｉ 以 及荷 兰 的 Ｖ ｅ ｒ ｗ ａ ｙ和 Ｏ ｖ ｅ ｒ ｂ ｅ ｅ ｋ在扩 散 双 电层 理论 的
华 引力 能 和 粒子 间排 斥能 的总和 ：
Ｖ＝ｖ Ａ＋ （ ３ ）
当 Ｈｏ 很小时， 为无 穷大 ， 吸引 力 随着 粒 子 的
靠 近而 迅 速 增 加 ， 随 着 距 离 的 接 近而 升高 ， 斥力
第 ４期
姜丽 ， 等 － 水性 聚氨酯固含量理论模型及磺酸型水性聚氨酯浅谈
乙酯 ． ５ 一 磺 酸钠 （ Ｓ Ｉ Ｐ Ｅ） 、 Ｄ Ｈ Ｐ Ａ、 Ｎ， Ｎ 一 （ ２ 一 羟 乙基 ） － ２ －
Ｒ 、 Ｈ ｃ 分 别 为 卢、 Ｒ、 Ｈ 的 临界 值 。 当 日＞
氨基乙磺酸钠 （ Ｂ Ｅ Ｓ ． Ｎ ａ ） 等 。常 见 的溶 剂 有 丙 酮 、
Ⅳ， Ⅳ． 二 甲 基 甲酰 胺 （ Ｄ ＭＦ） 、 Ｎ一 甲 基 吡 咯 烷 酮 （ Ｎ ＭＰ） 、 二 甲基 亚砜 （ Ｄ ＭＳ Ｏ） 等。 其中Ｄ ＭＰ Ａ在 丙 酮 、 Ｄ ＭＦ 、 Ｎ ＭＰ 、 Ｄ ＭＳ Ｏ 中 的溶
Ｄ ＭＳ Ｏ中 的溶解 度 分别 为 ６ ３ 、 １ ５ 。
（ 四川 大学 高分子 科 学与 工程 学院
成都 ６ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要 ：综述 了扩散 双 电层 理 论 和 Ｄ Ｌ Ｖ Ｏ 理论 ， 并根 据 乳胶 粒 子 堆 砌 的理 论 模 型 ， 阐 述 了乳 液 粒 径、 亲 水基 团对乳 液 固含量 的影 响 ， 并分析 比较 了羧 酸 型 ＷＰ Ｕ 和磺 酸 型 ＷＰ Ｕ 最大 固含 量 差别 ， 认
的大 小 还 可 通 过 乳 化 时 的 剪 切 场进 行控 制 ， 在低剪切场乳化时可得到较 大 Ｒ ， 以 提 高 或 者 固含 量 。
２ 磺酸 型水 性聚 氨酯 的优 势及 类型
解度（ １ ０ ０ ｇ 溶剂 ） 分别为 ４ 、 ６ ９ 、 ７ １ 、 ７ ７ ； 而Ｓ Ｉ Ｐ Ｅ在
＝ ｖ ／ Ｖ＝５ ． ９ ２ ４ ／ ［ （ Ｈ ／ Ｒ ）＋２ ］ （ ７ ） 公式（ ７ ） 中， 当 日＝０即颗 粒 密 集 排 列 时 ， 乳 胶 粒 子 的体积 占有 率 达 到 最 大 值 ０ ． ７ ４ 。 当乳 胶 粒 子 的 密 度 与 介 质 相 等 时， 理 论 最 大 固 含 量
球 形粒 子之 间 的排斥 能 由双 电层 厚度 以及 粒子
最 初亥 姆 霍 兹 （ Ｈｅ ｌ ｍ ｈ ｏ ｌ ｔ ｚ ） 提 出 双 电层 平 行 板
间的距 离决 定 ， 用 公式 可 表示 为 ：
Ｖ Ｒ＝／ ３ ａ （ ｏ ２ ｅ ｘ ｐ （ 一Ｋ Ｈｏ ） （ ２ ）
电容模 型 ， 忽略 了离 子在 溶 液 中 的热 运 动 。实 际上
升 高而下 降 。故对 羧 酸 型 ＷＰ Ｕ 而言 由于离 子 性 质 的局 限 ， 增加 或减 少 亲水 基 团含 量 不 能从 根 本 上 使 其最 大 临界 固含量 增大 。
对 于 磺 酸 型 ＷＰ Ｕ 而 言， 其亲水 基 团为 Ｒ ．
对 于大 多数乳 液 或分散 体 ， 由于 界面 张力 作用 ，
稳 定机 理 ： 分散 在水 中的聚氨 酯 ， 疏 水 的分子 链蜷 缩 形 成乳 胶粒 的核 ， 带 有 亲 水 基 团 的 离子 则 位 于颗 粒
的表面 ， 朝 向水 中 。Ｓ ｃ ｈ ｎ ｅ ｉ ｄ ｅ ｒ Ｍ 则 提 出双 电层 的厚
度 与乳 胶粒 的大 小无 关 。
１ ． ２ Ｄ Ｌ ＶＯ 理 论
由于离 子 间 的 静 电吸 引 力 和 热 运 动 两 种 相 反 的作 用， 使 离子在 液 固界 面附近 建立 了一定 的分 布平 衡 ，
公式（ ２ ） 中， ８为 电介 质 常数 ； ａ为粒 子 半 径 ； 为粒 子表 面 电位 ； ， ｃ 为 双 电层 厚 度 的倒 数 。
乳胶 粒子 之 间 的总位 能为粒 子 相互 之间 的范德
丙 酮 中几 乎 不 溶 ， 在高沸点 溶剂 Ｄ ＭＦ 、 Ｎ ＭＰ 、 Ｄ ＭＳ Ｏ
中 的溶 解度 分别 为 ６ ７ 、 ７ ２ 、 ７ ９ ； Ｄ ＨＰ Ａ在丙 酮 和 Ｄ ＭＦ 中几 乎不溶 ， 在 Ｎ ＭＰ、 Ｄ Ｍ Ｓ Ｏ 中的 溶 解 度 分 别 为 ５ 、 ２ ２ ： Ｂ Ｅ Ｓ ． Ｎ ａ在 丙 酮 和 Ｄ ＭＦ中 几 乎 不 溶 ， 在 Ｎ Ｍ Ｐ、
最终 使 得 固体 颗 粒 表 面 附近 反 离 子 数 目多 ， 随着 离
开 固体 表面距 离 的增加 ， 这 种离 子减 少 。到 １ ９世纪 初期 ， 古依 （ Ｇ ｏ ｕ ｙ ） 和 查 普曼 （ Ｃ ｈ ａ ｐ ｍ ａ ｎ ） 提 出受 热 运 动 的影 响 ， 溶液 中的 反离 子 并 不 是 整 齐 地排 列 在 一 个平 面 上 ， 在 此 基 础 上建 立 了 扩散 双 电层 理论— —
涂布次数及提高涂膜性能等。近年来 ， 许多学者对 ＷＰ Ｕ 固含 量影 响因素做 了探 究 ， 发现 增 大乳 胶 粒子 半 径和 分散 度 ， 改 变 亲 水 基 团等 可 以提 高 固含 量 。
然 而少 有从理 论 层 面上 分 析 影 响 ＷＰ Ｕ 固含 量 的 因 素 。为此 ， 本综 述 从乳 液 分 散 稳 定 性 的理 论 模 型 角 度对 影 响 ＷＰ Ｕ 固含 量 的 因 素进 行 了分 析 ， 重 点 介 绍 了磺 酸型 ＷＰ Ｕ。 １ 水 性聚 氨酯 的理 论模 型及 最大 固含 量推 导
１ ． １ 扩散 双 电层理 论
基 础 上 提 出并 创 建 了 Ｄ Ｌ Ｖ Ｏ 理 论 Ｊ 。总体 而言 ，
Ｄ Ｌ Ｖ Ｏ是 目前对 胶体 稳定 性影 响 因素解 释 得 比较 完 善 的理论 。该 理 论 以乳 胶 粒 子 间 的相 互 吸 引力
和排 斥力 为基 础来 阐述 乳胶 粒 子 的稳 定性 。
聚
・
氨
酯
工
业
２ ０ １ ５年第 ３ ０卷 第 ４期
２ ０１ ５． Ｖｏ １ ． ３ ０ Ｎｏ． ４
４ ４ ・
Ｐ０ Ｌ ＹＵＲＥ Ｔ ＨＡＮＥ Ｉ ＮＤＵＳ Ｔ ＲＹ
水 性 聚 氨 酯 固含 量 理 论 模 型 及 磺 酸 型 水 性 聚 氨 酯 浅 谈
姜 丽 吕 婕 汤嘉 陵
以 自乳 化 法为 主来 制备 ＷＰ Ｕ ， 亲水 基 团则是 通 过
使 用亲 水扩 链剂 在 预 聚 时 引入 ， 常见 的亲 水 基 团有
羧基 、 磺 酸 基 团 等 。羧 酸 型 ＷＰ Ｕ 受 亲 水 基 团 羧 基 化学 性质 所 限 ， 固含 量 整 体 偏 低 （ ≤４ ５ ％） ， 这 也
乳 胶粒 子一 般为标 准 的球 型 ， 聚氨酯 水乳 液也 一样 。 乳 胶粒 子堆 积方 式 为 面 心立 方 ， 密排 单 元 立 方 边 长
为０ ， 密 排单元 中乳 胶 粒 子 半 径 为 Ｒ， 为乳 胶 粒 子
的体积 ， Ｉ ， 为密 排单元 的 体积 ， 为 密 排单 元 立 方 的
ｓ ０ Ｎ ａ ， 属 于 强酸 强 碱盐 形 成 的强 电解 质 ， 平 衡 常数 和 电离度 远 高于弱 电解 质 ， 接 近 完 全 电 离且 电离 度 不随 Ｃ 增 大 而 下 降。 高 的 电离 度 说 明 即使 固含 量 大幅度 提 高 ， 亲 水基 电离 度仍 可维 持很 高水平 ， 这
Ｖ＝口
由公 式 （ ４ ） 、 （ ５ ） 、 （ ６ ） ， 得 到 乳 胶 粒 子 的体 积 占 有 率 的计 算公 式 ：
为７ ４ ％Ｅ 。
、
比羧 酸 型 ＷＰ Ｕ的高 ， 但 美 中不 足 的 是磺 酸 型 扩 链
剂在 有机 溶剂 中的溶解 性远 不如 羧酸 型扩链 剂好 。
常见 的羧 酸 型 扩链 剂 有 ２ ， ２ － 二 羟 甲基 丙 酸
（ Ｄ ＭＰ Ａ） 。常见 的磺 酸型 扩链 剂有 间 苯二 甲酸二 羟
时， 乳 液稳 定 ； 日＜ 时， 乳 液 不稳 定 。 当 日趋 近 时， 卢趋近 。故提 高 卢 有两 条途 径 ： 减 小 ， 即提 高乳 胶粒 子 表 面 电荷 密 度 ， 或者是增 大 Ｒ 。
中的分布 有 关 。
和
月 的大小 与亲 水基 团 的性 质 、 含 量 及 其 在乳 胶 粒 子
将增 大乳 胶 粒子 表 面 电荷 密 度 ， 从 而 提 高乳 胶 粒 子
。
顶 角乳 胶粒 子与 所在 面心乳 胶 粒子 的表 面距离 。其
排 列方 式 如 图 １ 。
电位 ， 大 幅 度 降 低 。 实 践 也 证 明 了 磺 酸 型
ＷＰ Ｕ技 术路 线是 制备 高 固含量 ＷＰ Ｕ最有 效 的途径
・４ ５・
大 于引 力能使 胶 体 粒子 保 持 稳 定 ， 当斥 力 小 于粒 子 间的 引力 时 ， 粒子 就会 相互 吸 引 、 聚集 成沉 淀 。
１ ． ３ 新 型理 论模 型
三 乙胺盐 ， 属 于弱 酸弱碱 盐形 成 的弱 电解质 ， 其 电离
程度 符合 稀 释定律 ， 电离 度 随着 弱 电解 质 浓 度 的
之一。
２ ． ２ 磺 酸型 水性 聚氨 酯
２ ． ２ ． １ 硬段 含磺 酸基 团的 水性聚 氨酯
硬 段含 磺酸 基 团 的水 性 聚氨酯是 由过量二 异氰
酸酯 与多元 醇 预聚 ， 然 后 再 通 过 小分 子 磺 酸 型 扩链
图 １ 乳 胶 粒 子 堆 积 方 式
剂 进行 扩链 ， 从 而将 磺 酸基 团引 入 硬 段 而制 得 。要 制 备高 固含 量 的磺酸 型 ＷＰ Ｕ， 适 宜 的磺 酸 型亲 水扩
为磺 酸型 ＷＰ Ｕ可具 有更 高 的 固含 量 。介 绍 了磺 酸型 ＷＰ Ｕ 的类型 以及磺 酸 型扩链 剂 。
关 键词 ： 理 论模 型 ； 水性 聚氨 酯 ； 固含 量 ； 磺 酸盐 型扩链 剂 中图分 类号 ： Ｔ Ｑ ３ ２ ３ ． ８ 文献标 识码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ０ ０ ５ — １ ９ ０ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ４ ４ — ０ ３ Ｇ ｏ ｕ ｙ和 Ｃ ｈ ａ ｐ ｍ ａ ｎ模 型 。
水性 聚氨 酯 （ ＷＰ Ｕ） 凭 借 其 良好 的性 能 和 环 境
友好 特性 发展 迅猛 。其应 用 开发 已 由传 统 的皮革 涂 饰 剂延 伸 到木 器涂 料 、 胶 粘 剂 等 领 域 １ １ 。 目前 主 要
Ｌ ｏ ｒ ｅ ｎ ｚ ０用 双 电层 理 论 说 明 了 离 子 型 ＷＰ Ｕ的
假 设 乳胶 粒 子 为球 型 ， 且 两个 乳 胶 粒 子 大小 相 等， 则 两个 球形 粒 子 间的引 力 可近 似为 ：
ｖ Ａ＝一Ａ ａ ／ （ １ ２ Ｈ ｏ ） （ １ ）
其 中 表示 Ｈ ａ ｍ ａ ｋ ｅ ｒ常 数 ， ｎ为 粒 子 半 径 ； 为 两球 表 面间距 离 。
贝 ０ 口＝（ ４ Ｒ＋２ Ｈ） ／√ ２ （ ４ ／ ３ ） ， ｒ ｒ Ｒ 。×４
７ －
（ ４ ） （ ５ ）
（ ６ ）
链 剂是 关 键 。李 晓 萱 等 ＿ ６ 制 得 的 聚 氨 酯 乳 液 固 含 量最 高可 达 ５ ５ ％。卫 晓利 等 以 １ ， ２ － 二羟基一 ３ 一 丙
成 为产 品应 用开 发技 术 的瓶颈 之一 。 对 某些应 用 而 言 ， 高 固含 量 ＷＰ Ｕ 有 利 于 减 少
２ ０世 纪 中 期 ， 苏联的 Ｄ ｅ ｒ ｊ ａ ｇ ｕ ｉ ｎ和 Ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｕ ｙ ｉ 以 及荷 兰 的 Ｖ ｅ ｒ ｗ ａ ｙ和 Ｏ ｖ ｅ ｒ ｂ ｅ ｅ ｋ在扩 散 双 电层 理论 的
华 引力 能 和 粒子 间排 斥能 的总和 ：
Ｖ＝ｖ Ａ＋ （ ３ ）
当 Ｈｏ 很小时， 为无 穷大 ， 吸引 力 随着 粒 子 的
靠 近而 迅 速 增 加 ， 随 着 距 离 的 接 近而 升高 ， 斥力
第 ４期
姜丽 ， 等 － 水性 聚氨酯固含量理论模型及磺酸型水性聚氨酯浅谈
乙酯 ． ５ 一 磺 酸钠 （ Ｓ Ｉ Ｐ Ｅ） 、 Ｄ Ｈ Ｐ Ａ、 Ｎ， Ｎ 一 （ ２ 一 羟 乙基 ） － ２ －
Ｒ 、 Ｈ ｃ 分 别 为 卢、 Ｒ、 Ｈ 的 临界 值 。 当 日＞
氨基乙磺酸钠 （ Ｂ Ｅ Ｓ ． Ｎ ａ ） 等 。常 见 的溶 剂 有 丙 酮 、
Ⅳ， Ⅳ． 二 甲 基 甲酰 胺 （ Ｄ ＭＦ） 、 Ｎ一 甲 基 吡 咯 烷 酮 （ Ｎ ＭＰ） 、 二 甲基 亚砜 （ Ｄ ＭＳ Ｏ） 等。 其中Ｄ ＭＰ Ａ在 丙 酮 、 Ｄ ＭＦ 、 Ｎ ＭＰ 、 Ｄ ＭＳ Ｏ 中 的溶
Ｄ ＭＳ Ｏ中 的溶解 度 分别 为 ６ ３ 、 １ ５ 。
（ 四川 大学 高分子 科 学与 工程 学院
成都 ６ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要 ：综述 了扩散 双 电层 理 论 和 Ｄ Ｌ Ｖ Ｏ 理论 ， 并根 据 乳胶 粒 子 堆 砌 的理 论 模 型 ， 阐 述 了乳 液 粒 径、 亲 水基 团对乳 液 固含量 的影 响 ， 并分析 比较 了羧 酸 型 ＷＰ Ｕ 和磺 酸 型 ＷＰ Ｕ 最大 固含 量 差别 ， 认
的大 小 还 可 通 过 乳 化 时 的 剪 切 场进 行控 制 ， 在低剪切场乳化时可得到较 大 Ｒ ， 以 提 高 或 者 固含 量 。
２ 磺酸 型水 性聚 氨酯 的优 势及 类型
解度（ １ ０ ０ ｇ 溶剂 ） 分别为 ４ 、 ６ ９ 、 ７ １ 、 ７ ７ ； 而Ｓ Ｉ Ｐ Ｅ在
＝ ｖ ／ Ｖ＝５ ． ９ ２ ４ ／ ［ （ Ｈ ／ Ｒ ）＋２ ］ （ ７ ） 公式（ ７ ） 中， 当 日＝０即颗 粒 密 集 排 列 时 ， 乳 胶 粒 子 的体积 占有 率 达 到 最 大 值 ０ ． ７ ４ 。 当乳 胶 粒 子 的 密 度 与 介 质 相 等 时， 理 论 最 大 固 含 量
球 形粒 子之 间 的排斥 能 由双 电层 厚度 以及 粒子
最 初亥 姆 霍 兹 （ Ｈｅ ｌ ｍ ｈ ｏ ｌ ｔ ｚ ） 提 出 双 电层 平 行 板
间的距 离决 定 ， 用 公式 可 表示 为 ：
Ｖ Ｒ＝／ ３ ａ （ ｏ ２ ｅ ｘ ｐ （ 一Ｋ Ｈｏ ） （ ２ ）
电容模 型 ， 忽略 了离 子在 溶 液 中 的热 运 动 。实 际上
升 高而下 降 。故对 羧 酸 型 ＷＰ Ｕ 而言 由于离 子 性 质 的局 限 ， 增加 或减 少 亲水 基 团含 量 不 能从 根 本 上 使 其最 大 临界 固含量 增大 。
对 于 磺 酸 型 ＷＰ Ｕ 而 言， 其亲水 基 团为 Ｒ ．
对 于大 多数乳 液 或分散 体 ， 由于 界面 张力 作用 ，
稳 定机 理 ： 分散 在水 中的聚氨 酯 ， 疏 水 的分子 链蜷 缩 形 成乳 胶粒 的核 ， 带 有 亲 水 基 团 的 离子 则 位 于颗 粒
的表面 ， 朝 向水 中 。Ｓ ｃ ｈ ｎ ｅ ｉ ｄ ｅ ｒ Ｍ 则 提 出双 电层 的厚
度 与乳 胶粒 的大 小无 关 。
１ ． ２ Ｄ Ｌ ＶＯ 理 论
由于离 子 间 的 静 电吸 引 力 和 热 运 动 两 种 相 反 的作 用， 使 离子在 液 固界 面附近 建立 了一定 的分 布平 衡 ，
公式（ ２ ） 中， ８为 电介 质 常数 ； ａ为粒 子 半 径 ； 为粒 子表 面 电位 ； ， ｃ 为 双 电层 厚 度 的倒 数 。
乳胶 粒子 之 间 的总位 能为粒 子 相互 之间 的范德
丙 酮 中几 乎 不 溶 ， 在高沸点 溶剂 Ｄ ＭＦ 、 Ｎ ＭＰ 、 Ｄ ＭＳ Ｏ
中 的溶 解度 分别 为 ６ ７ 、 ７ ２ 、 ７ ９ ； Ｄ ＨＰ Ａ在丙 酮 和 Ｄ ＭＦ 中几 乎不溶 ， 在 Ｎ ＭＰ、 Ｄ Ｍ Ｓ Ｏ 中的 溶 解 度 分 别 为 ５ 、 ２ ２ ： Ｂ Ｅ Ｓ ． Ｎ ａ在 丙 酮 和 Ｄ ＭＦ中 几 乎 不 溶 ， 在 Ｎ Ｍ Ｐ、
最终 使 得 固体 颗 粒 表 面 附近 反 离 子 数 目多 ， 随着 离
开 固体 表面距 离 的增加 ， 这 种离 子减 少 。到 １ ９世纪 初期 ， 古依 （ Ｇ ｏ ｕ ｙ ） 和 查 普曼 （ Ｃ ｈ ａ ｐ ｍ ａ ｎ ） 提 出受 热 运 动 的影 响 ， 溶液 中的 反离 子 并 不 是 整 齐 地排 列 在 一 个平 面 上 ， 在 此 基 础 上建 立 了 扩散 双 电层 理论— —
涂布次数及提高涂膜性能等。近年来 ， 许多学者对 ＷＰ Ｕ 固含 量影 响因素做 了探 究 ， 发现 增 大乳 胶 粒子 半 径和 分散 度 ， 改 变 亲 水 基 团等 可 以提 高 固含 量 。
然 而少 有从理 论 层 面上 分 析 影 响 ＷＰ Ｕ 固含 量 的 因 素 。为此 ， 本综 述 从乳 液 分 散 稳 定 性 的理 论 模 型 角 度对 影 响 ＷＰ Ｕ 固含 量 的 因 素进 行 了分 析 ， 重 点 介 绍 了磺 酸型 ＷＰ Ｕ。 １ 水 性聚 氨酯 的理 论模 型及 最大 固含 量推 导
１ ． １ 扩散 双 电层理 论
基 础 上 提 出并 创 建 了 Ｄ Ｌ Ｖ Ｏ 理 论 Ｊ 。总体 而言 ，
Ｄ Ｌ Ｖ Ｏ是 目前对 胶体 稳定 性影 响 因素解 释 得 比较 完 善 的理论 。该 理 论 以乳 胶 粒 子 间 的相 互 吸 引力
和排 斥力 为基 础来 阐述 乳胶 粒 子 的稳 定性 。
聚
・
氨
酯
工
业
２ ０ １ ５年第 ３ ０卷 第 ４期
２ ０１ ５． Ｖｏ １ ． ３ ０ Ｎｏ． ４
４ ４ ・
Ｐ０ Ｌ ＹＵＲＥ Ｔ ＨＡＮＥ Ｉ ＮＤＵＳ Ｔ ＲＹ
水 性 聚 氨 酯 固含 量 理 论 模 型 及 磺 酸 型 水 性 聚 氨 酯 浅 谈
姜 丽 吕 婕 汤嘉 陵
以 自乳 化 法为 主来 制备 ＷＰ Ｕ ， 亲水 基 团则是 通 过
使 用亲 水扩 链剂 在 预 聚 时 引入 ， 常见 的亲 水 基 团有
羧基 、 磺 酸 基 团 等 。羧 酸 型 ＷＰ Ｕ 受 亲 水 基 团 羧 基 化学 性质 所 限 ， 固含 量 整 体 偏 低 （ ≤４ ５ ％） ， 这 也
乳 胶粒 子一 般为标 准 的球 型 ， 聚氨酯 水乳 液也 一样 。 乳 胶粒 子堆 积方 式 为 面 心立 方 ， 密排 单 元 立 方 边 长
为０ ， 密 排单元 中乳 胶 粒 子 半 径 为 Ｒ， 为乳 胶 粒 子
的体积 ， Ｉ ， 为密 排单元 的 体积 ， 为 密 排单 元 立 方 的
ｓ ０ Ｎ ａ ， 属 于 强酸 强 碱盐 形 成 的强 电解 质 ， 平 衡 常数 和 电离度 远 高于弱 电解 质 ， 接 近 完 全 电 离且 电离 度 不随 Ｃ 增 大 而 下 降。 高 的 电离 度 说 明 即使 固含 量 大幅度 提 高 ， 亲 水基 电离 度仍 可维 持很 高水平 ， 这