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水性聚氨酯是一种性能优异、绿色环保的材料,它的高固含量化,可以提高生产效率、降低生产的时间和空间成本,进一步降低产品成本,具有重要的意义和价值。提高水性聚氨酯固含量的途径包括调整配方、增大粒径分布宽度和改进乳化工艺等。本文从增大粒径分布宽度入手,采用一种“类物理共混”的乳液分散法制备高固含量水性聚氨酯,主要研究内容如下:一是通过乳液分散法制备高固含量的羧酸型水性聚氨酯。首先制备了乳液粒径处于40-160 nm之间,粒径分布系数小于0.25的小粒径乳液;其次从搅拌速率、预聚体浓度以及亲水扩链剂用量等方面入手制备了乳液粒径处于200-400 nm之间,粒径分布系数小于0.15的大粒径乳液;最后利用大、小粒径乳液,设计粒径比和粒子体积比制备了一系列高固含量乳液,研究粒径比、粒子体积比与固含量及其它性能的关系,当粒径比约为4.8或8.6,粒子体积比约为15.7时,固含量最高达到66.07%,粘度为285 m Pa·s,对应的胶膜拉伸强度为23.59 MPa,断裂伸长率为1134%,吸水率为4.89%。二是通过直接法和乳液分散法分别制备高固含量的磺酸型水性聚氨酯。首先通过直接乳化法制备,研究乙二胺基乙磺酸钠(AAS)与预聚体的反应温度、R值、1,4-丁二醇(BDO)与聚酯二元醇(PHNA)物质的量之比以及AAS用量等因素对磺酸型水性聚氨酯固含量及其它性能的影响,结果表明,AAS与预聚体适宜的反应温度为60℃,制备高固含量乳液的合适R值为1.4-1.6,n(BDO)/n(PHNA)为1-2,AAS含量为1.8%-2.2%。当R值为1.4,n(BDO)/n(PHNA)为1,AAS含量为2.2%时,可以制得固含量为60.35%的高固含量磺酸型水性聚氨酯。然后再通过乳液分散法制备高固含量磺酸型水性聚氨酯,两种方法比较表明,乳液分散法可以得到更高固含量的乳液,可以更好的控制和设计乳液粒径,当AAS含量为2.2%时,固含量可以达到66.60%。三是通过乳液分散法制备高固含量的羧酸/磺酸型水性聚氨酯。研究发现,当粒径比处于>7.0、4-5或2-3时,羧酸/磺酸型水性聚氨酯可以达到较高的固含量(56%以上),模型分析表明,可以达到较高的固含量的粒径比存在多个极值,对应于乳液粒子的不同排列方式。两种粒子组成对水性聚氨酯性能影响的研究表明,当两种粒子化学组分接近时,胶膜性能较好。