水性聚氨酯分散体流变学特性_王武生[1]

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1、涂料技术CoatingsTechnology水性聚氨酯分散体流变学特性RheologicalPropertiesofWaterbornePolyurethaneDispersion王武生(安徽大学化学化工学院，合肥230039)散体也可以看成一种具有刚性球体粒子的分散体系，分散摘要：流变学理论与水性聚氨酯合成和使用都有体黏度确实也比较好的符合从刚性球体悬浮体系的非常紧密的联系，但关于水性聚氨酯流变学国内观Krieger-Dougherty公式：m注很少，故此对水性聚氨酯流变学特性理论方面进式(1)

2、1r0行了较为深入的理论总结。m关键词：水性聚氨酯；分散体；流变学；理论其中ηr为分散体在0剪切条件下的黏度与分散介质(在水性聚氨酯分散体中为水)0剪切条件下的黏度之比。φmax为临界堆积体积分数，分散体颗粒堆积系数超过φmax，0引言分散体黏度将会剧烈上升失去流动性。φmax是一个与分散流变学研究的是在外力作用下，物体的变形和流动的体粒子外形有关的系数，与分散体粒子大小无关，对于球科学，研究对象主要是流体以及在特定状态下可以变形的体刚性等径颗粒分散体，φmax＝0.64；分散体粒子外形的固体如

3、高分子材料。当流变学以流体作为研究对象时也可非对称性增加，φmax下降；粒子分布宽度增加，φmax增加。以说是流体力学是一个分支，它是关于在应力、应变、温实质上φmax就是分散体颗粒随机堆积密度。[η]为特性黏度和时间等方面来研究流体流动的科学。对于水性聚氨酯度，表征单个分散体颗粒对分散体黏度的影响，它与分散分散体，流变学关系到分散体从合成到应用的整个过程，体粒子形状，分散体粒子在剪切作用下的取向以及分散体具体来说关系到分散体生产过程的搅拌、混合、分散、灌粒子与分散介质的作用有关。可以通过实验测定[η]，测装、泵送

4、、使用过程的涂布、流挂、流平以及在多孔性底定各种浓度分散体黏度，通过Einstein公式外推导浓度为0材渗透。因此研究聚氨酯分散体流变学具有重要意义。水的值即为特性黏度。性聚氨酯分散体的流变学研究还具有深层的理论意义。从水性聚氨酯分散体的流变学研究可以从一个侧面了解分式(2)散体粒子的结构、粒径以及粒径分布，粒子间的相互作用。对于刚性球体分散体，实验获得的特性黏度为2.5，非球体型颗粒，长轴与短轴比越大，特性黏度值上升。1水性聚氨酯分散体浓度较高时的流变学假定η＝2.5，φmax＝0.64，对Krieger-Dou

5、gherty公1.1水性聚氨酯分散体黏度与固含量(分散粒子体式作图可以获得分散体黏度与分散体粒子体积分数的关积分数)关系系图1。从图1可以看出分散体黏度与固含量(分散质体积对于高分子分散体黏度与分散体粒子体积分数的关分数)的关系特征，分散体固含量较低使分散体黏度随着固系已有大量研究，也从理论上提出了一些数学模量，其中含量增加缓慢增加，接近φmax时随着分散体固含量增加分最为成功的数学模型是所谓刚性球体悬浮体系模型，主要散体黏度迅速上升，超过φmax分散体失去流动性。理论可以在教科书中找到，这里就不介绍。水性聚氨酯分

6、涂料技术与文摘CoatingsTechnology&Abstracts13涂料技术CoatingsTechnology100对于单分散球体，堆积系数与球体大小无关。对于粒子粒径不为单分散体系，粒径分布越宽，堆积系数越大。按理80水性聚氨酯分散体粒径多为多分散体系，其φm应该超过0.64。造成水性聚氨酯分散体堆积系数远低于理论值的因60素是水性聚氨酯分散体粒子的相互作用和流体力学造成r40的粒子之间相互作用。水性聚氨酯分散体粒子双电层相互排斥使得粒子不20能完全靠近，实质上是增加了粒子在流变学意义上的有效直径和体积

7、。00102030405060图1Krieger-Dougherty公式作图可以获得分散体黏度与分散体粒子体积分数的关系对于常规水性聚氨酯分散体的黏度与分散体分散质体积分数的关系研究有少量报道，比如氰特表面特殊品公司Michel等测定两种自己合成的羧酸型水性聚氨酯分散体[1]0剪切状态下黏度与分散体分散质体积分数的关系得到图2数据，将图2数据拟合到Krieger-Dougherty公式，获得图3双电层相互排斥，粒子不能完全接近，粒子在流变学上的两个样品的φm分别是0.46和0.44，远小于刚性等径球体表现出的有效

8、粒径deff大于其实粒径d[2]的无规堆积系数0.64。美国南密西西比大学Otaigbe等测定他们合成的水性聚氨酯体系拟合得到的φm＝0.43，有的因此有人引入次级电滞影响因素(thesecondary[3]electroviscouseffect)校正堆积系数：研究者测定的聚氨酯分散体体系拟合得到的φm甚至低到0.3以下。式(3)其中φm，eff为实验获得