高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (5): 1108.doi: 10.7503/cjcu20190606
收稿日期:
2019-11-25
出版日期:
2020-05-10
发布日期:
2020-02-17
通讯作者:
宋春梅
E-mail:cmsong@chem.ecnu.edu.cn
基金资助:
LU Man1,SONG Chunmei1,*(),WAN Bo2
Received:
2019-11-25
Online:
2020-05-10
Published:
2020-02-17
Contact:
Chunmei SONG
E-mail:cmsong@chem.ecnu.edu.cn
Supported by:
摘要:
以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与聚乙二醇(PEG, 分子量为4000, 6000和8000)为原料, 以直链醇(C12, C14, C16和C18)为封端剂, 合成了疏水改性乙氧基化氨基甲酸酯(HEUR), 并将其应用于乳液增稠. 采用核磁共振波谱(1H NMR)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)及凝胶渗透色谱(GPC)表征了HEUR的结构、 分子量及其分布, 研究了其在水性乳液中的流变行为. 研究结果表明, 当HEUR封端基团为C14, C16和C18, 且质量分数增加到1.0%以上时, 增稠的乳液(Latex/HEUR)的流变曲线出现触变环, 为触变性流体. 当HEUR亲疏水比值(Rh)减小时, 疏水性增强, 触变环向低剪切速率(
中图分类号:
TrendMD:
陆曼,宋春梅,万波. 水性乳液/聚氨酯模型缔合增稠剂的触变性机理. 高等学校化学学报, 2020, 41(5): 1108.
LU Man,SONG Chunmei,WAN Bo. Thixotropic Behavior of Hydrophobically Modified Ethoxylated Urethane-thickened Waterborne Latex . Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(5): 1108.
HEUR-P(x) | PDI | |||
---|---|---|---|---|
PEG4000 | 6900 | 1.05 | — | — |
HEUR-4(12) | 9700 | 1.21 | 4816 | 4780 |
HEUR-4(14) | 10000 | 1.15 | 4872 | 4906 |
HEUR-4(16) | 11100 | 1.16 | 4928 | 4915 |
HEUR-4(18) | 11200 | 1.15 | 4984 | 5042 |
PEG6000 | 10400 | 1.04 | — | — |
HEUR-6(12) | 12800 | 1.17 | 6816 | 6563 |
HEUR-6(14) | 13200 | 1.15 | 6872 | 6807 |
HEUR-6(16) | 13500 | 1.14 | 6928 | 6961 |
HEUR-6(18) | 14600 | 1.15 | 6984 | 7223 |
PEG8000 | 14000 | 1.04 | — | — |
HEUR-8(12) | 15700 | 1.19 | 8816 | 8817 |
HEUR-8(14) | 16000 | 1.12 | 8872 | 8848 |
HEUR-8(16) | 17200 | 1.14 | 8928 | 9067 |
HEUR-8(18) | 18100 | 1.15 | 8984 | 9274 |
Table 1 GPC characterization of HEUR-P(x) polymersa
HEUR-P(x) | PDI | |||
---|---|---|---|---|
PEG4000 | 6900 | 1.05 | — | — |
HEUR-4(12) | 9700 | 1.21 | 4816 | 4780 |
HEUR-4(14) | 10000 | 1.15 | 4872 | 4906 |
HEUR-4(16) | 11100 | 1.16 | 4928 | 4915 |
HEUR-4(18) | 11200 | 1.15 | 4984 | 5042 |
PEG6000 | 10400 | 1.04 | — | — |
HEUR-6(12) | 12800 | 1.17 | 6816 | 6563 |
HEUR-6(14) | 13200 | 1.15 | 6872 | 6807 |
HEUR-6(16) | 13500 | 1.14 | 6928 | 6961 |
HEUR-6(18) | 14600 | 1.15 | 6984 | 7223 |
PEG8000 | 14000 | 1.04 | — | — |
HEUR-8(12) | 15700 | 1.19 | 8816 | 8817 |
HEUR-8(14) | 16000 | 1.12 | 8872 | 8848 |
HEUR-8(16) | 17200 | 1.14 | 8928 | 9067 |
HEUR-8(18) | 18100 | 1.15 | 8984 | 9274 |
Fig.1 FTIR spectra of HEUR-P(x) polymers with different hydrophilic length(A) and different hydrophobic length(B) (A) a. HEUR-4(12); b. HEUR-6(12); c. HEUR-8(12); (B) a. HEUR-8(14); b. HEUR-8(16); c. HEUR-8(18).
L/H-P(x) | w[HEUR-P(x)](%) | Wloop/s-1 | Sloop/(MPa·s-1) | η1(4 s-1)/(mPa·s) | η2(200 s-1)/(mPa·s) | Δη b(%) |
---|---|---|---|---|---|---|
Latex | 0 | — | — | 3.34 | 3.27 | 7 |
L/H-8(14) | 1.5 | — | — | 7400 | 4580 | 38.1 |
2.0 | 147 | 0.72 | 13600 | 7310 | 46.2 | |
2.5 | 131 | 3.93 | 20500 | 10400 | 49.3 | |
2.8 | 127 | 6.20 | 24500 | 12100 | 50.6 | |
L/H-8(16) | 1.5 | 61 | 3.56 | 15700 | 4180 | 73.4 |
2.0 | 41 | 5.36 | 29100 | 6190 | 78.7 | |
2.5 | 28 | 12.04 | 47400 | 8030 | 83.1 | |
L/H-8(18) | 1.0 | 49 | 0.94 | 10600 | 2220 | 79.1 |
1.3 | 24 | 2.04 | 23800 | 3480 | 85.4 | |
1.5 | 16 | 3.28 | 35100 | 4260 | 87.9 |
Table 2 Rheological properties of Latex/HEUR under different hydrophobicity
L/H-P(x) | w[HEUR-P(x)](%) | Wloop/s-1 | Sloop/(MPa·s-1) | η1(4 s-1)/(mPa·s) | η2(200 s-1)/(mPa·s) | Δη b(%) |
---|---|---|---|---|---|---|
Latex | 0 | — | — | 3.34 | 3.27 | 7 |
L/H-8(14) | 1.5 | — | — | 7400 | 4580 | 38.1 |
2.0 | 147 | 0.72 | 13600 | 7310 | 46.2 | |
2.5 | 131 | 3.93 | 20500 | 10400 | 49.3 | |
2.8 | 127 | 6.20 | 24500 | 12100 | 50.6 | |
L/H-8(16) | 1.5 | 61 | 3.56 | 15700 | 4180 | 73.4 |
2.0 | 41 | 5.36 | 29100 | 6190 | 78.7 | |
2.5 | 28 | 12.04 | 47400 | 8030 | 83.1 | |
L/H-8(18) | 1.0 | 49 | 0.94 | 10600 | 2220 | 79.1 |
1.3 | 24 | 2.04 | 23800 | 3480 | 85.4 | |
1.5 | 16 | 3.28 | 35100 | 4260 | 87.9 |
Fig.3 Storage modulus(G', a) and loss modulus(G″, b) dependence on strain for L/H8-(12)(A), L/H-8(14)(B), L/H-8(16)(C) and L/H-8(18)(D) under the concentrations of 4.0%(A), 2.8%(B), 2.5%(C) and 1.5%(D) at 23 ℃
Fig.4 Rheology hysteresis up(a—e) and down(a'—e') curves of L/H-8(x) under the concentrations of 0.5%(A) and 1.0%(B) a, a'. L/H-8(12); b, b'. L/H-8(14); c, c'. L/H-8(16); d, d'. L/H-8(18); e, e'. Latex.
Fig.6 Rheology hysteresis up(a—c) and down a'—c') curves of L/H-P(x) under different concentrations(w) of L/H-8(12)(A), L/H-8(14)(B), L/H-8(16)(C), L/H-8(18)(D)
Fig.7 Rheology hysteresis up(a—c) and down a'—c') curves of L/H-P(x) with x=12(A), 14(B), 16(C), 18(D) under the concentration of 3.0%(A), 2.5%(B), 1.5%(C) and 1.5%(D)
L/H-P(x) | Rh | w[HEUR-P(x)](%) | Wloop/s-1 | Sloop/ (MPa·s-1) | η1(4 s-1)/ (mPa·s) | η2(200 s-1)/ (mPa·s) | Δη(%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Latex | — | 0 | — | — | 3.34 | 3.27 | 7 |
L/H-8(14) | 18.7 | 2.5 | 131 | 3.93 | 20500 | 10400 | 49.3 |
L/H-6(14) | 14.0 | 2.5 | 94 | 15.03 | 19300 | 7890 | 59.1 |
L/H-4(14) | 9.3 | 2.5 | 57 | 7.99 | 12200 | 4460 | 63.4 |
L/H-8(16) | 16.5 | 1.5 | 61 | 3.56 | 15700 | 4180 | 73.4 |
L/H-6(16) | 12.4 | 1.5 | 53 | 3.69 | 13000 | 3380 | 74.0 |
L/H-4(16) | 8.3 | 1.5 | 52 | 4.35 | 17400 | 2380 | 86.3 |
L/H-8(18) | 14.8 | 1.5 | 16 | 3.28 | 35100 | 4260 | 87.9 |
L/H-6(18) | 11.1 | 1.5 | 16 | 3.95 | 31500 | 3650 | 88.4 |
L/H-4(18) | 7.4 | 1.5 | 8 | 4.08 | 22900 | 2370 | 89.6 |
Table 3 Rheological properties of Latex/HEUR under different hydrophilicity
L/H-P(x) | Rh | w[HEUR-P(x)](%) | Wloop/s-1 | Sloop/ (MPa·s-1) | η1(4 s-1)/ (mPa·s) | η2(200 s-1)/ (mPa·s) | Δη(%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Latex | — | 0 | — | — | 3.34 | 3.27 | 7 |
L/H-8(14) | 18.7 | 2.5 | 131 | 3.93 | 20500 | 10400 | 49.3 |
L/H-6(14) | 14.0 | 2.5 | 94 | 15.03 | 19300 | 7890 | 59.1 |
L/H-4(14) | 9.3 | 2.5 | 57 | 7.99 | 12200 | 4460 | 63.4 |
L/H-8(16) | 16.5 | 1.5 | 61 | 3.56 | 15700 | 4180 | 73.4 |
L/H-6(16) | 12.4 | 1.5 | 53 | 3.69 | 13000 | 3380 | 74.0 |
L/H-4(16) | 8.3 | 1.5 | 52 | 4.35 | 17400 | 2380 | 86.3 |
L/H-8(18) | 14.8 | 1.5 | 16 | 3.28 | 35100 | 4260 | 87.9 |
L/H-6(18) | 11.1 | 1.5 | 16 | 3.95 | 31500 | 3650 | 88.4 |
L/H-4(18) | 7.4 | 1.5 | 8 | 4.08 | 22900 | 2370 | 89.6 |
Fig.9 AFM images(A—D) and particle sizes(A'—D') of Latex(A, A') and L/H-8(x)(B—D, B'—D') at the concentration of 1.5% (A, A') L/H-8(12); (B, B') L/H-8(12); (C, C') L/H-8(16); (D, D') L/H-8(18).
[1] |
Tam K. C., Jenkins R. D., Winnik M. A., Bassett D. R., Macromolecules, 1998,31(13), 4149—4159
doi: 10.1021/ma980148r URL |
[2] | Winnik M. A., Yekta A., Current Opinion in Colloid & Interface Science, 1997,2(4), 424—436 |
[3] |
Suzuki S., Uneyama T., Inoue T., Watanabe H ., Macromolecules, 2012,45(2), 888—898
doi: 10.1021/ma202050x URL |
[4] | Suzuki S., Uneyama T., Inoue T., Watanabe H ., Journal of the Society of Rheology, 2012,40(1), 31—36 |
[5] |
Suzuki S., Uneyama T., Watanabe H ., Macromolecules, 2013,46(9), 3497—3504
doi: 10.1021/ma400429y URL |
[6] | Barmar M., Barikani M., Kaffashi B ., Iranian Polymer Journal, 2004,13(3), 241—246 |
[7] |
Barmar M., Kaffashi B., Barikani M ., European Polymer Journal, 2005,41(3), 619—626
doi: 10.1016/j.eurpolymj.2004.10.007 URL |
[8] |
Barmar M., Barikani M., Kaffashi B ., Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2005,253(1—3), 77—82
doi: 10.1016/j.colsurfa.2004.06.028 URL |
[9] |
Barmar M ., Journal of Applied Polymer Science, 2009,111(4), 1751—1754
doi: 10.1002/app.v111:4 URL |
[10] |
Chang X., Du Z., Hu F., Cheng Z., Ren B., Fu S., Tong Z ., Langmuir, 2016,32(46), 12137—12145
doi: 10.1021/acs.langmuir.6b03508 URL pmid: 27800681 |
[11] |
Du Z., Ren B., Chang X., Dong R., Peng J., Tong Z ., Macromolecules, 2016,49(13), 4978—4988
doi: 10.1021/acs.macromol.6b00633 URL |
[12] |
Du Z., Ren B., Chang X., Dong R., Tong Z ., Macromolecules, 2017,50(4), 1688—1699
doi: 10.1021/acs.macromol.6b02301 URL |
[13] |
Du Z., Dong R., Ke K., Ren B ., Journal of Rheology, 2018,62(5), 1233—1243
doi: 10.1122/1.5030981 URL |
[14] |
Beshah K., Izmitli A., Van Dyk A. K., Macromolecules, 2013,46(6), 2216—2227
doi: 10.1021/ma400114v URL |
[15] |
Jenkins R. D., Durali M., Silebi C. A., El-Aasser M. S., Journal of Colloid and Interface Science, 1992,154(2), 502—521
doi: 10.1016/0021-9797(92)90164-H URL |
[16] |
Van Dyk A. K., Chatterjee T., Ginzburg V. V., Nakatani A. I., Macromolecules, 2015,48(6), 1866—1882
doi: 10.1021/ma502174x URL |
[17] |
Quadrat O., Horský J., Mrkvičková L., Mikešová J., Šňupárek J., Progress in Organic Coatings, 2001,42(1), 110—115
doi: 10.1016/S0300-9440(01)00167-9 URL |
[18] |
Ginzburg V. V., Van Dyk A. K., Chatterjee T., Nakatani A. I., Wang S., Larson R. G., Macromolecules, 2015,48(21), 8045—8054
doi: 10.1021/acs.macromol.5b02080 URL |
[19] |
Ginzburg V. V., Chatterjee T., Nakatani A. I., van Dyk A. K., Langmuir, 2018,34(37), 10993—11002
doi: 10.1021/acs.langmuir.8b01711 URL pmid: 30142976 |
[20] |
Armelin E., Martí M., Rudé E., Labanda J., Llorens J., Alemán C ., Progress in Organic Coatings, 2006,57(3), 229—235
doi: 10.1016/j.porgcoat.2006.09.002 URL |
[21] |
Bhavsar R., Shreepathi S ., Progress in Organic Coatings, 2016,101, 15—23
doi: 10.1016/j.porgcoat.2016.07.016 URL |
[22] | ASTM D2572-19, Standard Test Method for Isocyanate Groups in Urethane Materials or Prepolymers, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2019 |
[23] |
Kaczmarski J. P., Glass J. E., Langmuir, 1994,10(9), 3035—3042
doi: 10.1021/la00021a029 URL |
[24] |
Mooney M ., Journal of Colloid Science, 1951,6(2), 162—170
doi: 10.1016/0095-8522(51)90036-0 URL |
[25] |
Cross M. M., Journal of Colloid Science, 1965,20(5), 417—437
doi: 10.1016/0095-8522(65)90022-X URL |
[26] | Tiu C., Boger D. V., Journal of Texture Studies, 1974,5(3), 329—338 |
[1] | 蒋华义,刘梅,齐红媛,梁爱国,王玉龙,孙娜娜,武哲. 三种钢基疏水表面微观形貌的分形特征及其对润湿性的影响[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(6): 1313. |
[2] | 步红红, 焦燕妮, 兰文军, 庄晓丽, 戴肖南, 李天铎. 盐酸胍/Ⅰ型胶原分散体系的流变性[J]. 高等学校化学学报, 2016, 37(6): 1189. |
[3] | 陈甜甜, 路福绥, 李现伟, 张树芹, 侯万国. Mg-Al MMH对除虫脲水悬浮剂流变性的影响[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(10): 2036. |
[4] | 晏妮, 杨美妮, 刘凯强, 房喻. 一种基于胆固醇的荧光小分子胶凝剂的合成及其胶凝行为[J]. 高等学校化学学报, 2009, 30(8): 1651. |
[5] | 常玉广, 马放, 郭静波, 张金凤 . 絮凝基因的克隆及其絮凝形态表征[J]. 高等学校化学学报, 2007, 28(9): 1685. |
[6] | 燕永利,屈撑囤,张宁生,陈杰瑢 . 胶质液体泡沫的流变性[J]. 高等学校化学学报, 2007, 28(9): 1720. |
[7] | 郭培志, 孙德军, 金志琳, 张春光. 带相反电荷胶体颗粒混和悬浮体的流变学性能[J]. 高等学校化学学报, 2003, 24(6): 1052. |
[8] | 李淑萍, 侯万国, 戴肖南, 胡季帆, 李冬青. pH值对Fe-Al-Mg-MMH/钠质蒙脱土悬浮体触变性的影响[J]. 高等学校化学学报, 2002, 23(9): 1763. |
[9] | 戴肖南, 侯万国, 李淑萍, 王新芳. Mg-Al-MMH-高岭土分散体系触变性研究[J]. 高等学校化学学报, 2001, 22(9): 1578. |
[10] | 李淑萍, 侯万国, 孙德军, 张春光. Fe-Al-Mg-MMH/钠质蒙脱土分散体系触变性研究[J]. 高等学校化学学报, 2001, 22(7): 1173. |
[11] | 孙德军, 刘尚营, 杨智, 侯万国, 张春光. Al-MgMMH正电胶体粒子体系的流变学[J]. 高等学校化学学报, 2001, 22(6): 1002. |
[12] | 刘剑洪, 任祥忠, 刘冬, 田德余, 佟毅, 李惟. 阴离子型水性聚氨酯分散液胶束粒径及形态的研究[J]. 高等学校化学学报, 2000, 21(5): 797. |
[13] | 陈飞跃, 顾燕芳, 王松, 胡黎明. 超细改性碳酸钙浓悬浮体的正负触变性[J]. 高等学校化学学报, 1998, 19(1): 99. |
[14] | 陈飞跃, 许勇, 胡黎明. 超细碳酸钙填充聚氯乙烯糊触变性能研究[J]. 高等学校化学学报, 1995, 16(2): 325. |
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