樹枝狀聚合物改性對水性聚氨酯膠膜性能影響

一、力學(xué)性能分析

以羧酸基、磺酸基親水?dāng)U鏈劑合成的水性聚氨酯，親水基團(tuán)的含量會對成膜后聚氨酯膠膜力學(xué)性能產(chǎn)生巨大影響，下圖為ZW系列乳液所成膠膜力學(xué)性能測試結(jié)果。

如下圖所示，從膠膜的力學(xué)性能數(shù)據(jù)上看，在未改性前膠膜隨著磺酸基親水?dāng)U鏈劑含量提高，膠膜的拉伸強(qiáng)度呈逐漸下降的趨勢，主要原因是由于親水的氨基磺酸鹽（-SO3Na）基團(tuán)增多，磺酸鹽基團(tuán)（-SO3Na）與有機(jī)高分子鏈間相容性差，分子鏈間作用力相對下降，造成拉伸強(qiáng)度減低；正是由于磺酸鹽基團(tuán)（-SO3Na）與有機(jī)高分子鏈相互間作用力減弱，從而容易發(fā)生分子鏈間的相對滑移，可以使聚氨酯膠膜伸長率增大；經(jīng)過樹枝狀大分子PAMAM-G2改性后的ZW5膠膜拉伸強(qiáng)度較ZW4明顯提高，斷裂伸長率降低，說明樹枝狀大分子結(jié)構(gòu)優(yōu)勢發(fā)揮了作用，樹脂狀大分子使聚氨酯分子鏈間作用力加強(qiáng)，改善了聚氨酯力學(xué)性能。

二、膠膜耐熱性分析

改變聚氨酯親水?dāng)U鏈劑種類及含量，會對聚氨酯分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，影響分子間的相互作用力，從而影響膠膜的各種物理性能。針對磺酸/羧酸型水性聚氨酯膠膜耐熱性測試，可以了解聚氨酯耐熱穩(wěn)定性，可以掌握樹脂加工使用溫度。如下圖所示，是ZW系列乳液所成膠膜的耐熱溫度數(shù)據(jù)。

從上圖所示的膠膜耐熱性數(shù)據(jù)上看，未經(jīng)過 PAMAM-G2 改性的ZW1~ZW4聚氨酯膠膜耐熱性能隨著磺酸基含量的增加而逐漸下降，這可以從分子熱運(yùn)動的角度解釋，隨著磺酸型親水基的增加，分子鏈間作用力逐漸下降，分子鏈間束縛減少，分子鏈容易發(fā)生熱運(yùn)動，從而降低了膠膜耐熱性能；經(jīng)過 PAMAM-G2改性的ZW5聚氨酯膠膜耐熱性能提高明顯，這是因?yàn)楦咧Щ鹊臉渲瑺畲蠓肿訉郯滨シ肿渔湹母男院?，限制了分子鏈的運(yùn)動，增加了分子間的作用力，從而提高了水性聚氨酯膠膜耐熱性能。

三、膠膜耐水性分析

ZW系列磺酸/羧酸型水性聚氨酯由于親水基含量種類的不同，膠膜的吸水率表現(xiàn)上也會有明顯的差異，對ZW系列樹脂所成膠膜的吸水率測試結(jié)果如下圖所示。

從上圖可以看出，在膠膜的吸水率方面，未經(jīng)過樹枝狀大分子改性的聚氨酯膠膜ZW1~ZW4，隨著磺酸基團(tuán)含量的提高，膠膜的吸水率逐漸增大，耐水性下降，這是因?yàn)殡S著磺酸基團(tuán)的增加，磺酸基的極性比較強(qiáng)，其親水性也比羧酸型親水?dāng)U鏈劑強(qiáng)，當(dāng)磺酸基團(tuán)增加到一定程度，分子鏈上極性更強(qiáng)的磺酸親水基更容易吸收水分發(fā)生電離，從而增大了膠膜的吸水率，降低了膠膜耐水性；而ZW5經(jīng)過樹脂狀大分子PAMAM-G2改性后，分子鏈間的相互作用得到強(qiáng)化，減少了分子鏈間的空隙，限制了水分子鏈間的滲透，使聚氨酯分子鏈間的吸附水減少，從而降低了膠膜吸水率，提高了聚氨酯耐水性能。