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聚氨酯是一种广泛应用的材料,具有耐磨、耐候、成膜能力强、附着性好等优秀性能。而水性聚氨酯以水代替有机溶剂,将VOC降至非常低的标准,并且有着不输于溶剂型聚氨酯的优良性能,正逐步代替其成为广泛用于涂料、粘合剂、皮革、纺织等领域的新型绿色材料,自上世纪70年代发开出自乳化工艺以来,水性聚氨酯得到了长足的发展。目前,对于水性聚氨酯成膜过程中粒子的尺寸变化和扩散深度尚未有良好的检测方法。本文中以芘丁酸作为起始物,合成了荧光扩链剂,通过控制其添加量,制备出了具有浓度梯度的荧光标记水性聚氨酯分散体,同时,为了探究影响水性聚氨酯成膜的因素,还合成了具有不同粒径的、不同交联度的、不同软段含量的非荧光标记水性聚氨酯。利用核磁共振碳谱(13C NMR)、液质连用(LC—MS)对荧光扩链剂进行了表征;傅里叶红外光谱(IR)、马尔文粒径仪和稳态荧光光谱对荧光标记水性聚氨酯、非荧光标记水性聚氨酯的分散体和胶膜进行了表征。根据荧光能量共振转移(FRET)原理和稳态荧光测试谱图,分析了芘单体态(IM)和聚集态(IA)的荧光情况和芘浓度CPy的关系,拟合出Cpy—IA/IM工作曲线,再推导出颗粒成膜后扩散深度与浓度的数学关系,进而能从宏观可测的样品荧光计算出微观不可测的乳液到胶膜这个过程中颗粒的变化,得到颗粒的最大扩散范围D和扩散深度△R,从一定程度上探究水性聚氨酯颗粒的成膜行为。本文的主要研究内容如下:(1)含有芘环的荧光标记水性聚氨酯的合成与表征以芘丁酸、缩水甘油以原料,合成了小分子荧光扩链剂芘丁酸二羟丙酯并表征,在核磁共振碳谱上,5172.8ppm处、δ123.2ppm-136.2ppm处等分别出现了酯基碳峰、芘环碳峰及其他碳原子峰,LCMS谱图363m/z处出现了其分子信号强峰。将芘丁酸二羟丙酯按配方质量比例1%、2%、3%、4%、5%,合成芘浓度梯度荧光标记水性聚氨酯,成膜后使用红外进行表征,在3500～3250cm-1、1750～1690cm-1、880cm-1附近等,分别找到了氨基甲酸酯键、酯键、芘环等特征峰,说明芘环已经成功引入水性聚氨酯分子链。此外对分散体进行粒径测试,结果表明所有荧光标记样品的粒径大致都集中在40nm左右,分布较窄,处于同一粒径水平上。选取WPUD5作为本文的研究对象。(2)荧光标记水性聚氨酯粒径与芘浓度数学关系的建立根据FRET原理,芘受到紫外光照射被激发后,会产生单体荧光(IM),当其与一个处于基态的芘相遇时,会形成聚集体,能量通过共振的方式,转移至基态芘,使其激发,产生聚集态荧光(IA)。选取单体态峰398-403nm的积分值为IM,聚集态峰450-470nm的积分值为IA,这两个范围可以将相邻峰的重叠度降到最低,IA/IM值可以反应出两种形态芘的比例关系:值越大,聚集态芘越多,单体态芘越少,反之聚集态芘越少,单体态芘越多。条件的变化可以使芘在单体态和聚集态之间发生转变:浓度高时,激发态芘与基态芘相遇的概率增大,易形成聚集态,单体态减少;浓度低时,激发态芘与基态芘相遇的概率减小,芘趋于以单体态存在,即IA/IM值可以成为判断某区域内芘的浓度情况。通过对标记样品WPUD1—WPUD5的稳态荧光测试,计算相应的芘聚集态和单体态的峰积分比值IA/IM,拟合了荧光物质浓度Cpy—IA/IM的工作曲线:IA/IM=0.33255 CPy+0.14037,从而可以利用任何一个样品的IA/IM值来求出其CPy。根据球的体积公式和体积浓度公式,推导出的最大扩散范围的计算式D(?)D0,并可以求出水性聚氨酯颗粒成膜后的扩散深度△R=1/2(D-Do)。(3)探究影响水性聚氨酯成膜的因素从粒径、交联度、软段含量以及成膜温度4个角度探究影响水性聚氨酯成膜的因素。分别合成了粒径逐渐减小的系列样品WPUD6—WPUD10,交联度逐渐增加的系列样品WPUD10—WPUD15和软段含量逐渐增加的系列样品WPUD1 6—WPUD20,将荧光标记样品WPUD5与上述3个系列非标记样品按照质量1:10均匀混合并成膜,测膜的稳态荧光,此外还将WPUD5与WPUD10分别在20℃、35℃、50℃、65℃、80℃下成膜。通过荧光光谱,计算出每一张膜的IA/IM值,带入工作曲线,求出芘浓度CPy,再将CPy带入数学关系式,求出最大扩散范围D及扩散深度△R。从D和△R值即可分析出成膜效果:D和△R值越大,说明标记样品颗粒成膜后变形度大,扩散范围大,成膜效果好,反之成膜效果差。实验结果表明:非标记水性聚氨酯粒径的增加、交联度的增加、软段含量的增加都提升其与标记水性聚氨酯的成膜效果;成膜温度的提高也会促进两者的成膜。