摘要：针对传统聚氨酯水溶液稳定性较差的问题，首先通过使用超声波处理淀粉，制备出一种改性淀粉，然后利用丙酮法制备聚氨酯水溶液，最后将改性淀粉与聚氨酯水溶液混合得到了一种新型改性淀粉/聚氨酯水溶液。利用加速沉降实验测定改性淀粉/聚氨酯水溶液的稳定性。结果显示当溶液中异氰酸酯基与羟基物质的量比大于等于3、聚乙二醇分子质量约为400、中和度大于80%以及固含量范围为35%~40%时，溶液的稳定性较好。研究制备的新型材料具有良好的性能，为聚氨酯领域的发展提供了参考。

　　关键词：聚氨酯；水溶液；淀粉；改性；稳定性

　　0引言

　　聚氨酯水溶液是一种透明、无光散射，粒径大小小于0.005μm，分子质量小于1000的水性聚氨酯。聚氨酯水溶液具有无污染、相容性较好、易于改性等特点，在涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂等领域应用广泛。然而，与传统的溶剂型聚氨酯相比，聚氨酯水溶液还存在稳定性较差、黏度较低等问题。因此，制备出一种新型的改性聚氨酯水溶液是当前相关人士需要关注的重点。鉴于此，研究利用丙酮法制备聚氨酯水溶液，通过超声处理方法制备出一种改性淀粉，并将改性淀粉与聚氨酯水溶液混合，提出一种改性淀粉/聚氨酯水溶液。期望提升聚氨酯水溶液的稳定性，从而进一步提升聚氨酯水溶液实用价值。

　　1实验材料与方法

　　1.1实验材料

　　实验使用的实验材料包括天然芋头粉末、聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、2，2-二羟甲基丙酸、三乙胺、丙酮以及氢氧化钠。

　　1.2实验仪器

　　研究使用的实验仪器主要由烧杯、培养皿、恒温水浴锅、电动搅拌器、磁力搅拌机、电子天平、扫描电式超声波破碎仪、离心机。

　　1.3改性聚氨酯水溶液的合成

　　研究使用丙酮法合成聚氨酯水溶液。具体实验的操作方法和条件，如图1所示。图1中，聚氨酯水溶液是通过预聚、扩链、中和等过程制备出来的。在进行实验之前，恒温水浴锅中固定好三颈瓶，并在三颈瓶上装好回流冷凝管、电动搅拌器以及温度计。同时，为电动搅拌器设定一个固定搅拌速度，以保证聚氨酯水溶液的制备在匀速搅拌下完成。在聚氨酯水溶液的制备中，首先将计量的丙酮与聚乙二醇加入三颈瓶中，在50℃的温度下溶解30 min，令聚乙二醇和丙酮混合充分，得到混合溶液。然后将温度升高到70℃,缓慢向混合溶液中添加异佛尔酮二异氰酸酯进行预聚，时间为2.5 h。接着将温度降低到50℃,向溶液中加入2，2-二羟甲基丙酸进行扩链反应，反应时间为3 h。再令温度下降到30℃,加入计量的三乙胺对溶液进行中和，时间20 min，获得聚氨酯丙酮溶液。下一步将三颈瓶上的回流冷凝管取下，把温度上调到60℃,使聚氨酯丙酮溶液中多余的丙酮挥发，当多余的丙酮全部挥发之后，向混合溶液中添加一定量的蒸馏水，调整电动搅拌器的速度，使其加快，从而令蒸馏水与溶液混合成分，获得聚氨酯水溶液。在制备了聚氨酯水溶液后，准备一个500 mL的烧杯，在其中放入芋头粉末1 g，然后在其中加入99 mL蒸馏水，制备出芋头淀粉溶液。将制备出的芋头淀粉溶液放到探头式超声波破碎仪中，超声处理10 min，获得改性淀粉溶液。最后将一定量的改性淀粉溶液加入到聚氨酯水溶液中，制备出改性淀粉/聚氨酯水溶液。

　　2改性淀粉/聚氨酯水溶液性能测试

　　2.1改性淀粉/聚氨酯溶液黏度测试

　　为测定改性淀粉/聚氨酯溶液的黏度，研究在不同异氰酸酯基与羟基的物质的量比[n（-NCO）/n（-OH）]、不同聚乙二醇分子量、不同中和度以及不同固含量下，在恒温（30℃±0.1℃)条件中，使用旋转黏度计测定改性淀粉/聚氨酯溶液的表观黏度，不同组溶液测试3次以上。

　　2.2改性淀粉/聚氨酯溶液稳定性

　　为验证制备的改性淀粉/聚氨酯溶液的稳定性，研究通过离心加速沉降实验进行测试，将改性淀粉/聚氨酯溶液放置在离心机中，以3 000 r/min的转速离心沉降，离心时间为15 min，如果离心后溶液无沉淀，则说明溶液稳定。

　　2.3改性淀粉/聚氨酯溶胀度测试

　　为测试改性淀粉/聚氨酯的溶胀性能，研究把获得的改性淀粉/聚氨酯水溶液静置一定的时间，将其加入到事先准备好的干净培养皿中，干燥后得到改性淀粉/聚氨酯膜。剪下适量的膜，称取并记录重量，将其放入蒸馏水中，在常温下浸泡，每隔一段时间取出改性淀粉/聚氨酯膜，利用滤纸吸蒸馏水，称取并记录重量，设间隔时间为15 min。通过上述步骤即可计算出改性淀粉/聚氨酯膜的溶胀度，计算方法如式（1）所示。

　　式中：s为溶胀度；m0为剪取改性淀粉/聚氨酯膜的质量；m1代表滤纸吸出蒸馏水的质量。

　　3结果与讨论

　　3.1不同条件下改性淀粉/聚氨酯溶液黏度分析

　　不同条件下改性淀粉/聚氨酯溶液的黏度如图2所示。从图2-1和图2-2中可以看出，当改性淀粉/聚氨酯溶液中异氰酸酯基与羟基的比值与聚乙二醇的含量增加时，溶液黏度逐渐降低。从图2-3与图2-4中可以看出，随着溶液中和度和固含量的增加，改性淀粉/聚氨酯溶液的黏度呈上升的趋势。水溶液黏度在50%左右表示黏度适中。因此，在制备改性淀粉/聚氨酯溶液时，应将异氰酸酯基与羟基的比值控制在3左右，加入的聚乙二醇的分子质量应控制在400左右，溶液的中和度需要在80%以上，而固含量应控制在35%左右。

　　3.2不同条件下改性淀粉/聚氨酯溶液稳定性分析

　　不同条件下改性淀粉/聚氨酯溶液的稳定性如表1所示。由表1可知，当异氰酸酯基与羟基的比值为2时，溶液稳定性较差，取其他值时，溶液稳定性均较好。聚乙二醇的分子质量取200、400、600、800时，溶液均处于稳定状态。溶液的中和度为70时，溶液不稳定，大于70时，溶液稳定性较好。当固含量为30%和35%时，溶液稳定性较好，而当固含量处于40%及以上时，溶液稳定性较差。分析可知，应满足异氰酸酯基与羟基的比值大于等于3、聚乙二醇分子质量为200~800、中和度80%~100%以及固含量35%~40%的条件，制备的改性淀粉/聚氨酯溶液的稳定性才会更好。

　　3.3改性淀粉/聚氨酯溶胀度分析

　　不同改性淀粉含量下改性淀粉/聚氨酯溶胀性如图3所示。从图3中可以看出，随着实验时间的增加，改性淀粉/聚氨酯的溶胀率呈现出上升的趋势。同时，当添加的改性淀粉含量上升时，改性淀粉/聚氨酯的溶胀率也显著上升。这可能是因为改性淀粉能够吸附溶液中的水分，当其含量增加时，就会吸收更多的水分，从而使溶胀率增加。此外，可以发现，当改性淀粉含量为0，即没有添加改性淀粉时，聚氨酯的溶胀性较差，在实验为10 min时仅为22.6%，说明改性淀粉有效增强了聚氨酯的溶胀性。

　　4结论

　　研究通过超声处理制备了一种改性淀粉溶液，利用丙酮法制备了聚氨酯水溶液，同时将一定量的改性淀粉溶液与聚氨酯水溶液混合，制备出了一种改性淀粉/聚氨酯水溶液。性能测试结果显示，当该混合溶液的异氰酸酯基与羟基的物质的量比为3、聚乙二醇的分子质量为400、中和度大于80%、固含量在35%左右，溶液黏度适中，稳定性较好。且改性淀粉/聚氨酯的溶胀度随着改性淀粉的增加而上升。以上结果表明，研究所制备的改性淀粉/聚氨酯水溶液具有良好的性能，然而研究未对其酸碱稳定性、高低温稳定性进行分析，后续将在这些方面继续探讨，以使该材料更加安全可靠，从而进一步拓宽其应用范围。

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