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水性聚氨酯荧光增白材料的应用

2019/10/12

水性聚氨酯（WPU）是指聚氨酯（PU）溶于水或分散于水中而形成的稳定乳液，由于 WPU 是以水为介质，故具有无毒、不污染环境、不燃、节能和容易加工等诸多优点，已广泛用于织物整理、涂料、胶粘剂和皮革涂饰等领域，并已成为人们研究和关注的焦点。另外，水性聚氨酯还具有良好的物理机械性能、耐磨、耐寒、富有弹性和耐有机溶剂等优点，是具有较大发展前途的绿色环保材料。

荧光增白剂是一类可吸收紫外光、发射蓝色光或紫蓝色光的荧光物质。其具有增白作用的原因在于，吸附荧光增白剂的物质不仅能将照射在物体上的可见光发射出来，而且还能将不可见的紫外光转化为可见的蓝色光或蓝紫色光反射出来，增加了物体对光的反射率；由于反射出来的可见光强度超过了物体原可见光的强度，故看上去物体的白度增加了，即物体被荧光增白剂增白了。荧光增白剂吸收光波的波长为 300～400 nm，反射荧光波长为 420～500 nm。荧光增白剂的另一个增白原因可借助光学中的互补色原理加以说明。研究发现，白色物体变黄是由于从被照射物体上反射出来的光线中蓝色光强度相对降低所致。因此，早期人们使用某些蓝色对织物上蓝，以掩盖其泛黄现象，但却引起织物亮度下降，在视觉上产生了暗淡的感觉。洗涤剂中使用的荧光增白剂会发出蓝色或蓝紫色的荧光，从而恢复了织物的白色，目前已广泛用于造纸、纺织、塑料、涂料、合成洗涤剂和皮革等领域中。本文着重讨论了乳液的 pH 值、荧光增白剂用量及其添加方式对WPU 增白效果的影响。

1.性能测试

1.1膜的制备
将制得的 WPU 乳液倒入隔离纸中，水平放置、室温风干，取出成膜；然后将薄膜放入 80 烘箱中烘干 4～5 h，取出置于干燥器中自然冷却，备用。

1.2透射电镜（TEM）测试
使用透射电子显微镜进行测定。分辨率为1nm，放大倍数最大为 20 万倍。

1.3pH 测定
使用 pH 计进行测定

2.结果与讨论

2.1荧光增白剂用量对 WPU 增白效果的影响
一般荧光增白剂用量很少就可以达到理想的增白效果，适用于各种聚合物及塑料的增白改性，具有良好的兼容性、光牢度和热稳定性。因此研究荧光增白剂在 WPU 乳液中的应用也需要最优的性价比，即荧光增白剂用量最少得到的增白效果最好。

荧光增白剂在 WPU 中的增白作用主要表现在乳液及其胶膜的增白性能方面。脂肪族和芳香族的 WPU 胶膜在较短时间里呈透明状，但芳香族的WPU 在久置或受户外光照后易发生黄变现象，使其应用受到限制。因此，荧光增白剂的增白效果表现在体系中添加了适量的荧光增白剂后，会使胶膜带有蓝光，而蓝色与黄色互为补色，通过增加蓝光部分的反射来遮盖基体的微黄色，从而得到增白效果。

表1 是荧光增白剂用量对 WPU 乳液及其胶膜增白效果的影响。

由表 1 可知，荧光增白剂用量对 WPU 乳液的稳定性和增白效果（蓝光效应）影响较大，其胶膜的蓝光效果随荧光增白剂用量的增加呈先增后减的趋势（出现峰值）。这是由于荧光增白剂的最佳用量与 WPU 基体的饱和度有关。荧光增白剂是以分子状态或凝聚体状态溶解分散在 WPU 溶液及其胶膜中，这就存在着相容饱和度的问题（见图 1）。当 w（荧光增白剂）＜0.008%（即最佳用量）时，WPU 基体中的荧光增白剂未达到饱和，蓝光随荧光增白剂用量的增加而增强；当 w（荧光增白剂）＞0.008%时，荧光增白剂在 WPU 中因饱和过度而析出，并且聚集成粒径较大的团聚体，而团聚体不仅不能发挥荧光增白剂的增白作用，而且其自身的色光还干扰和破坏了荧光增白剂所发出的蓝紫色光，有时甚至会起到相反的效果（使其发黄），从而显著降低了荧光增白剂的增白效果。

2.2pH 值对 WPU 体系性能的影响
目前，国内研究的 WPU 大部分属于阴离子型，而阴离子型 WPU 乳液一般呈中性或碱性。所以本实验仅对 pH≥7 的体系中，增白剂在 WPU 乳液中的分散情况进行研究（见表 2）；其中碱溶液主要有 TEA 稀释溶液和 NaOH 稀释溶液。

表 2 pH 值对增白剂在 WPU 中分散稳定性及增白效果的影响

由表 2 可知，无论是有机胺还是 NaOH 稀释溶液，它们对荧光增白剂在 WPU 中的分散稳定性和增白效果的差异不明显，即在同一 pH 值条件下，乳液的颜色和稳定性不受碱类型的影响；当 pH=7～9时，荧光增白剂在 WPU 中的分散稳定性和颜色都较好；当 pH≥10 时，变化较明显，乳液呈白浑且黄绿色下降得很快。这种现象可能是由于 WPU 乳液自身在强碱条件下变浑遮盖了荧光增白剂的颜色，从而导致乳液微黄绿色下降得很快；也可能是由于荧光增白剂在强碱作用下，不利于其增白作用的发挥。这些情况都有待于进一步论证。

2.3增白剂添加方式对 WPU 增白效果的影响
荧光增白剂 KSN 具有良好的耐高温性能，因此在预聚体（60～65 ）时将荧光增白剂加入到树脂体系中，不会因温度而影响荧光增白剂自身的某些性能。表 3 列出了两种添加方式对 WPU 增白效果的影响。

由表 3 可知，两种添加方式对 KSN 在 WPU 中的分散稳定性及外观影响不明显，但建议选择荧光增白剂直接加入 WPU 乳液中较妥。因为 WPU 乳液的pH 值较稳定（一般为 7.0～8.5），这对荧光增白剂的分散更有利。

3.结论

（1）每种荧光增白剂在 WPU 乳液基体中都有一定的相容饱和度。低于此饱和度时，荧光增白剂在 WPU 胶膜中的蓝光效果随其用量的增加而增强；超过此饱和度时，由于形成荧光增白剂的团聚体，故蓝光效果随其用量的增加而降低。

（2）由于阴离子型 WPU 在 pH 值较低时自身的稳定性较差，故仅对其在碱性条件下的稳定性进行研究。当 pH=7～9 时，荧光增白剂在 WPU 中分散稳定性和增白效果都较好；当 pH≥10 时，变化较明显，乳液呈白浑状、增白效果不佳。

（3）在添加方式上宜采用荧光增白剂直接加入水性聚氨酯乳液中，所得乳液及其胶膜都相对稳定且增白效果较好。采用荧光增白剂可改善 WPU（特别是芳香族）易黄变等问题，使其在涂料、织物等领域中具有更好的使用性能，应用范围更为广阔。

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水性聚氨酯荧光增白材料的应用

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