這是由于硅溶膠表面含有大量羥基，而這些羥基可與WPU中的脲基、氨基甲酸酯等極性基團發生鍵合作用，從而提高了WPU 的交聯密度，進而提高了WPU 膠膜的硬度和耐水性，這與Yang 等[5]、Jeon等[6]的研究結果相一致。
2.3 硅溶膠對WPU 膠膜疏水性的影響
液體在固體表面上的接觸角可判斷液體對固體的潤濕性能，材料表面水接觸角的大小基本上反映了其疏水性的大小[7]。對同種液體而言，液體在固體表面的接觸角越大，其對固體的潤濕性也就越差。表3 列出了室溫(25 ℃)時硅溶膠摻量對WPU膠膜水接觸角的影響。
由表3可知：隨著硅溶膠摻量的不斷增加，膠膜的水接觸角隨之增大(由65.2°增至87.1°)，說明膠膜的疏水性增強，這與膠膜吸水率的試驗結果相一致。硅溶膠的引入雖提高了膠膜的水接觸角，但對膠粘劑與基材的潤濕性有不利影響，故硅溶膠不是添加得越多越好，而是要根據其使用性能及膠膜的力學性能等進行選擇。
2.4 硅溶膠對復合薄膜剝離強度的影響
硅溶膠摻量對復合薄膜剝離強度的影響如表4所示。
由表4可知：隨著硅溶膠摻量的不斷增加，復合薄膜的剝離強度呈先升后降態勢，并且在w(硅溶膠)=5%時相對最大。
這是由于硅溶膠的表面富含大量不飽和鍵和羥基，一方面可與WPU 中的極性基團發生鍵合作用(物理交聯點增大)，使體系內聚力（詞條“內聚力”由行業大百科提供）得到提高;另一方面，其表面的羥基也可與塑料薄膜表面的極性基團形成氫鍵，從而提高了粘接力;同時，在乳化過程中，其表面部分羥基也可與水解（詞條“水解”由行業大百科提供）后的硅醇縮合(見圖1)，使聚合物的Mr(相對分子質量)增大，內聚能增加。上述3種因素共同作用的結果，使復合薄膜的剝離強度隨硅溶膠摻量增加而增大;然而，當硅溶膠摻量過多時，PU 的內聚能繼續增大，疏水性增強，不利于WPU 對塑料薄膜的潤濕作用;當膠粘劑本身的內聚強度大于膠粘劑與塑料薄膜之間的粘接強度時，剝離強度開始下降，破壞類型也由內聚破壞轉變為黏附破壞。
2.5 硅溶膠對WPU 膠膜力學性能的影響
WPU具有優良的耐磨性（詞條“耐磨性”由行業大百科提供），即具有優良的力學性能，但由于配方及工藝的差別，WPU 會表現出不同的力學性能。表5 為硅溶膠摻量對WPU 膠膜拉伸強度及斷裂（詞條“斷裂”由行業大百科提供）伸長率的影響。由表5可知：WPU膠膜的拉伸強度隨硅溶膠摻量增加而增大，而斷裂伸長率則呈先升后降態勢，并且在w(硅溶膠)=5%時相對最大。
這是由以下3 個原因導致的[8]：①硅溶膠與PU之間的離子相互作用，減小了拉伸過程中分子鏈間的滑移;②硅溶膠在拉伸過程中可能扮演成核劑的作用，促進了軟段部分的結晶;③硅溶膠可能起到物理交聯點的作用，從而提高了復合膠膜的拉伸強度和斷裂伸長率。然而，當硅溶膠摻量過多時，PU體系的物理交聯點過多，阻礙了分子鏈的運動，故WPU膠膜的脆性增大、斷裂伸長率降低。
2.6 WPU 膠膜的熱穩定性
圖2 為硅溶膠摻量分別為0 和5%時WPU 膠膜的TGA 曲線。由圖2 可知：兩種樣品均有3 個明顯的熱降解區域，說明改性前后WPU 膠膜均至少有3 個不同特性的降解階段;純WPU 的3 個降解階段發生在180~225 ℃、225~330 ℃和330~450 ℃范圍內，改性WPU 的3 個降解階段則分別發生在220~315 ℃、315~360 ℃和360~450 ℃范圍內;改性后膠膜的TGA曲線向右平移，說明其耐熱性提高。
這是由于WPU 與硅溶膠中SiO2 之間的氫鍵作用及本身較高的熱穩定性，使得改性WPU的熱穩定性提高[9]，這與Yang等[5]、Jeon等[6]和張勝文等[10]的研究結果相一致。
3 ·結語
以硅溶膠作為WPU的改性劑，探討了硅溶膠摻量對WPU 及其膠膜的力學性能、剝離強度、疏水性和耐熱性等影響。
(1)隨著硅溶膠摻量的不斷增加，WPU 膠膜的硬度增大、吸水率降低(即耐水性提高)且疏水性增強，乳液的平均粒徑增大。
(2)適量的硅溶膠能顯著提高復合薄膜的剝離強度;當w(硅溶膠)=5%時，復合薄膜的剝離強度(為5.0 N/25 mm)相對最大;繼續增加硅溶膠的摻量，剝離強度反而降低。
(3)當w(硅溶膠)=5%時，改性WPU 膠膜的斷裂伸長率(為1 658%)相對最大，熱穩定性略有提高。
參考文獻
[1]章云冉，史鐵鈞，周訊，等.聚碳酸酯型水性聚氨酯乳液的制備與性能[J].合成橡膠（詞條“合成橡膠”由行業大百科提供）工業，2012，35(3):202-205.
[2]羅曉民，李鵬妮，鄭玉，等.單組分水性聚氨酯在合成革中的應用[J].聚氨酯工業，2012，27(2):31-34.
[3]田星，李杰，羅運軍，等.水性超支化聚氨酯共混改性聚氨酯的性能[J].高分子材料科學與工程，2013，29(9):19-22.
[4]李紹雄，劉益軍.聚氨酯樹脂及其應用[M].北京:化學工業出版社，2002.
[5]Yang C H，Liu F J，Liu Y P，et al.Hybrids of colloidalsilica andwaterborne polyurethane[J].Journal of Colloidand Interface Science，2006，302(1):123-132.
[6]Jeon H T，Jang M K，Kim B K，et al.Synthesis and characterizationsof waterborne polyurethane-silica hybrids usingsol- gel process[J].Colloids and Surfaces A:Physicochemicaland Engineering Aspects，2007，302(1/3):559-567.
[7]蔣錫群，楊昌正，余學海.聚硅氧烷聚醚嵌段聚氨酯及其離聚體的研究[J].高分子材料科學與工程，1987，3(5):20-26.
[8]Lee H T，Lin L H.Waterborne polyurethane/clay nanocom posites:Noveleffects of the clay and its interlayer ions onthe morphology and physical and electrical properties[J].Macromolecules，2006，39(18):6133-6141.
[9]王剛，侯彩英，馬國章，等.有機硅改性水性聚氨酯研究進展[J].中國膠粘劑，2013，22(7):53-58.
[10]張勝文，黃威，杜軍，等.納米二氧化硅水溶膠改性UWPU的研究[J].塑料工業，2011，39(12):15-18.
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