随着可持续经济的发展,对环境有污染的材料使用程度越来越低,绿色环保型材料越来越受人们欢迎。水性聚氨酯由于是以水作为分散体,有机挥发性物质(VOC)低,是环境友好型材料,且生产成本低,综合了塑料和橡胶优异的性能,由此水性聚氨酯的应用越来越受人们青睐。但由于水性聚氨酯的表面能在40 mJ/m2左右,属于较高表面能材料,在低表面能产品应用上受到了一定的限制。对于降低水性聚氨酯表面能拓宽其应用,是目前的研究热点。本文合成了一系列的低表面能水性聚氨酯,主要探讨了双羟烷基硅氧烷、封端剂、小分子疏水链段和软段疏水链段对水性聚氨酯表面能的影响。本文第一章主要对水性聚氨酯、表面能和低表面水性聚氨酯及其应用进行了简单的介绍;第二章到第五章主要是具体的实验、测试和讨论部分;第六章对本文所有的工作进行了归纳和总结。本文实验以聚氧化丙烯二醇(PPG),异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),二羟甲基丙酸(DMPA),1,4-丁二醇(BDO),三乙胺(TEA),乙二胺(EDA)为主要原料,通过添加不同的疏水单体合成水性聚氨酯,并利用激光粒度仪、红外光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测定仪、热重分析仪、电子拉力实验机、扫描电子显微镜等对合成产物进行分析测试表征,并着重探究水性聚氨酯膜表面能与其表面的关系。具体研究内容如下:第二章是添加不同含量的双羟烷基硅氧烷引入水性聚氨酯结构中,制备了一系列的双羟烷基硅氧烷基水性聚氨酯。通过对比得到双羟烷基硅氧烷对水性聚氨酯表面能的影响。红外测试以及XPS结果比较证明硅基团在水性聚氨酯成膜过程中迁移率越来越高,膜表面的水接触角增大到102.3°,表面能随之降低至1 7.8mJ/m2,其耐水性改善,热分解性能大大提高,当双羟烷基硅氧烷添加量为3%时,拉伸强度增至30.1MPa,是未添加双羟烷基硅氧烷时的1.5倍。第三章则研究了近年来研究甚少的疏水性烷烃链对水性聚氨酯表面能的影响。将不同长度烷烃链一元醇接枝在水性聚氨酯末端,研究了水性聚氨酯膜表面能与其表面的影响关系。通过测试结果发现:烷烃链的长度越长,水性聚氨酯膜表面的C-C基团的迁移量越多,水接触角增大到100.0°时,表面能为26.6 mJ/m2,吸水率从19.3%降至12.6%。第四章则是进一步探究双羟基的侧烷烃链(单硬脂酸甘油酯(GMO))嵌段引入水性聚氨酯结构中对水聚氨酯膜表面能的影响。从红外和XPS测试可知,GMO的添加量越多,水性聚氨酯膜表面疏水的C-C基团也随之增多,从76.4%增加到90.2%,水接触角随之增大,表面能降低至26.5 mJ/m2,扫面电镜发现水性聚氨酯膜表面凹凸不平,吸水率降低至7.1%,热分解性能大大提高,但力学性能降低。第五章在第四章的基础上,在保证原料参数不变的条件下,通过合成工艺的改变,设计了不同结构的水性聚氨酯,研究了GMO在水性聚氨酯硬段与软段分散位置的差异对水性聚氨酯的表面能及其力学性能的影响。研究结果表明:当n(IPDI)/n(GMO)=1.2:1时分散在软段链中,水性聚氨酯膜表面的C-C基团最多,水接触角最大为112.6°,表面能最低21.6 mJ/m2,吸水率降低至7.7%。当n(IPDI)/n(GMO)=1.3:1时分散在软段链中,拉伸强度最大为28.4 MPa,是未将GMO分散在水性聚氨酯软段样品的1.8倍。