Page 106 - 2025水性涂料虚拟专辑

何 等：蓖麻油-异山 醇基水性光固化聚氨酯的合成及性能研究

324. 7 ℃，且发生初始分解的温度也随异山 醇的含
量增加而略微提前，涂层的热稳定性小幅下降。除
了升温前期树脂中的水分与未固化交联的小分子单
体的热挥发外，树脂的热分解存在 3 个阶段：第 1 阶 应力/MPa
段（260~355 ℃）主要为氨基甲酸酯键的分解 ，同时
[12]
可以观察到除 WPU-0 外 ，WPU-1~WPU-4 在 260~
300 ℃热失质量速率有明显上升后变缓的过程，且随
异山 醇含量的增加而更加明显，造成此现象的原

因可能是因为 IPDI 与异山 醇都为环状结构，两者
应变/%

之间相互连接的氨基甲酸酯基团因为 2 个环状结构

的位阻冲突相对与 IPDI 与蓖麻油之间的氨基甲酸酯
图4 水性光固化生物基聚氨酯涂膜的应力-应变 线
基团较不稳定，更容易发生热分解，从而导致 2 种氨
Fig. 4 Stress-strain curves of WPU
基甲酸酯热失质量的 DTG 峰发生小幅度的分离；第
WPU 的拉伸强度显著提 高 ，从 4. 9 MPa 增长到
2阶段（355~395 ℃）主要为蓖麻油脂肪酸链段的酯键
26. 8 MPa，但断裂伸长率也发生剧烈下降，从 269%
的分解 [2，4] ；第 3 阶段（395 ℃之后）主要为剩余脂肪族
降低到 4. 1%。造成这种现象的原因是：刚性结构的
链段的热分解。
2. 4 涂膜水 与吸水率分析 异山 醇加入后，WPU 链段中的硬段比例增加；异山
醇上的醚键与氨基甲酸酯上的氢原子形成氢键作
表 2 为水性光固化生物基聚氨酯涂膜的水接触
用，增加了树脂内部的交联点；异山 醇取代长链蓖
角和吸水率。
麻油，交联点之间的距离缩短，变相导致树脂交联密
表2 水性光固化生物基聚氨酯涂膜的水 和 度的提升，最终结果是 WPU的硬度明显上升，韧性大
水 幅下降。过脆的涂膜在应用上会受到很大的限制，
Table 2 Water contact angle and water absorption 因此异山 醇的比例不宜过多。
of WPU 2. 6
WPU- WPU- WPU- WPU- WPU- 涂膜 率分析
项目 图 5 是水性光固化生物基聚氨酯涂膜的透光率
0 1 2 3 4
水接触角/（°） 72. 85 73. 85 76. 8 75. 25 67. 65 曲线。
吸水率（24 h）% 12. 7 4. 29 3. 99 11. 76 21. 57
/

从表 2 可以看出，随着异山 醇含量的增加，涂
膜的水接触角呈现出先增大后减小的趋势，吸收率
先减小后增大，这是因为异山 醇的少量加入为聚 透光率/%

氨酯体系中加入了醚键，这些醚键一部分能够与氨
基甲酸酯中的氢发生相互作用形成氢键，使得涂膜
致密程度提升，提高了涂膜的疏水性与耐水性；但是

随着异山 醇的含量继续增加，醚键与氨基甲酸酯

的氢键作用趋近饱和，多余的醚键为薄膜带来了亲 波长/nm

水性，造成水接触角的下降；同时这些醚键也能与水
产生氢键作用，水分子更容易引入到涂层内部，涂层 图5 水性光固化生物基聚氨酯涂膜的透光率 线
的耐水性也发生下降。 Fig. 5 Transmittance curves of WPU
2. 5 涂膜力学性能分析 从图 5可以看出，波长>500 nm时，涂膜的透光率
图 4 为水性光固化生物基聚氨酯涂膜的力学 均达到95%以上；WPU-3与WPU-4在约550 nm处开
性能。 始与其他样品产生差异，透光率随波长的减小提前开
从图 4 可以看出，随着异山 醇含量的增加， 始下降，并在约 420 nm 处开始<90%；其余样品在波

10