生物基异山梨醇改性磺酸盐水性聚氨酯的制备及性能

陈欢，王宇通，姚伯龙，倪亚洲，王海潮

（江南大学化学与材料工程学院，江苏 无锡 214122）

透明材料在日常生活中的应用十分广泛，例如眼镜、浴室玻璃、太阳能电池面板和汽车挡风玻璃，而透明材料的表面常常会产生起雾的现象，这引起了很多不便。据专业统计对比，驾驶员视线受影响会导致交通事故率提高5倍，而起雾的汽车挡风玻璃会严重影响驾驶，易导致交通事故的发生[1]。因此，研发一种高亲水性、高光学透明度和良好耐水性的绿色环保的防雾涂膜成为当下的研究热点，而且具有巨大的应用价值[2-6]。

目前常用的亲水防雾涂膜包括表面活性剂、无机纳米粒子、有机高分子和有机-无机复合型四大类，其中有机高分子亲水防雾涂膜具有可见光透过率高、防雾性能持久、工艺简单、成本低廉等优点。Yuan等人[7]以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为亲水性单体，通过自由基共聚反应，并采用紫外光(UV)固化，制备了含磺酸基的亲水丙烯酸酯聚合物，其中的磺酸基团增强了丙烯酸酯的亲水性，膜层的水接触角低至10.6°，透光率高达90%，有着良好的防雾性能。

随着人们对环保问题的逐渐重视，可再生资源的利用得到了人们的关注。多元糖醇是从天然糖类中转化制备而成的，来源丰富，缓解了资源紧缺的问题，符合绿色环保的要求[8-12]。其本身具有高度亲水性，可用于防雾涂膜的制备[13-15]。多元糖醇含有独特的刚性螺环结构和2个不等价的羟基，在聚氨酯结构中引入这种特殊的刚性螺环结构可以显著提高玻璃化转变温度、热稳定性和力学性能[16-18]。2个不等价的羟基可以与异氰酸酯基(NCO)反应，形成立体的微交联结构，从而提高水性聚氨酯的机械性能。

本研究以自制的磺酸二元醇为亲水单体，以生物基二元醇──异山梨醇为后扩链剂，制备了亲水性的水性聚氨酯乳液，经过UV固化后得到了具有防雾性能的涂膜，并对其基本性能、透光性和防雾效果进行了研究。

1 实验

1.1 原料及仪器

工业级的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，德国拜耳公司；工业级的聚碳酸酯二元醇(PCDL)，南京邦诺生物科技有限公司；分析纯的二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、己二醇(HDO)和己二酸(HA)，化学纯的4-甲氧基苯酚(MEHQ)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇、三乙胺(TEA)、三羟甲基丙烷(TMP)和丙酮(ACE)，国药集团化学试剂有限公司；工业级的 2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)，苏州泛华化工有限公司；工业级的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，江苏三木集团有限公司；工业级的间苯二甲酸-5-磺酸钠、异山梨醇(IS)，上海阿达玛斯试剂有限公司；工业级的光引发剂1173，上海厚诚精细化工有限公司；工业级的BYK-055消泡剂，深圳市帕斯托化工有限公司；去离子水，江南大学饮品有限公司。

FTLA2000-104型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)，加拿大 ABB公司；Zeta PALS型纳米粒度分析仪，美国Brookhaven公司；TGA/1100SF型热重分析仪，瑞士METTLER公司；ADANCE-III 400MHz型核磁共振仪，瑞士BRUKER公司；R202-2型旋转蒸发仪，上海夏丰实业有限公司；TU1901型紫外可见分光光度计，日本Lambda公司；Instron 5967型双立柱台式试验机，美国ITW公司；1100型凝胶渗透色谱仪(GPC)，美国Agilent公司；QFH漆膜划格仪，深圳市三诺仪器仪表经营部；QHQ型涂膜铅笔划痕硬度仪，上海羽通仪器仪表厂；RX1 KW型手提式UV固化机，深圳市安宏达光电有限公司；OCA40型光学接触角测量仪，德国Data physics公司；BLSE-A6型索式提取器，上海标隆仪器有限公司；MSC-650型台式均胶机，迈可诺技术有限公司；DZF 6020型真空干燥箱，无锡建仪实验器材有限公司。

1.2 低聚物型磺酸盐二元醇的制备

在500 mL四口烧瓶中装好搅拌器、回流冷凝管和氮气导管，加入49.45 g己二醇和2.5 g间苯二甲酸-5-磺酸钠，在N2保护下升温至180 °C，650 r/min搅拌50 min，降温至80 °C后加入少量DBTDL和45.60 g己二酸，搅拌至溶解后分别在120 °C和160 °C下反应30 min，经过减压除水后得到低聚物型磺酸盐二元醇(SO3-2OH)，其GPC测定值为1 630，反应流程见图1。

图1 低聚物型磺酸盐二元醇的合成过程Figure 1 Synthesis process of sulfonate glycol oligomer

1.3 异山梨醇改性磺酸基水性聚氨酯乳液的制备

如图2所示，按表1称取计量的IPDI和DBTDL，置于带有搅拌器、冷凝管和氮气导管的四口烧瓶中，在N2保护下搅拌(350 r/min)均匀，并逐步升温至45 °C，将PCDL和自制的磺酸盐二元醇的混合物溶于丙酮后，用恒压滴液漏斗控制滴速为1 s/滴，将其滴加到体系中，反应3 ~ 4 h，后升温至65 °C，滴加计量的DMPA，2 ~ 3 s/滴，反应2.5 ~ 3.0 h，利用二正丁胺滴定法检测体系中游离的NCO含量，达到理论值(25%)后滴加少量4-甲氧基酚和计量的PETA，反应3 h；再次对体系中游离的NCO含量进行检测，达到理论值(12.5%)后滴加计量的异山梨醇和少量丙酮，反应3 ~ 4 h，检测体系中的NCO是否反应完全，取少量的样品进行红外检测，当2 270 cm-1处NCO的特征峰消失时加快转速，加入计量的TEA，在室温下反应1 h，中和完全后加入去离子水，在高速旋转(1 200 r/min)下乳化反应1.5 h，静置消泡后旋蒸除去多余的溶剂，即可得到异山梨醇改性磺酸基水性聚氨酯乳液(记为UV-SIWPU)。

表1 UV-SWPU和UV-SIWPU乳液的组成Table 1 Compositions of UV-SWPU and UV-SIWPU emulsions

图2 UV-SIWPU的合成路线Figure 2 Synthetic process of UV-SIWPU

1.4 防雾涂膜的制备

首先称取一定量的水性聚氨酯乳液，然后加入聚氨酯质量 5%的光引发剂 1173和少量 BYK-055消泡剂，使它们分散均匀。取一定量的上述涂料，用台式均胶机均匀地涂在透明的玻璃板(25 mm × 75 mm)上，室温(25 °C)避光放置4 h后，用UV固化机固化1 min，得到透明的防雾涂膜。

1.5 涂膜基本性能的表征

称取0.5 g待测样品加入125 mL的锥形瓶中，然后用移液管移取15 mL甲苯-二正丁胺溶液于锥形瓶内，加入少量N,N-二甲基甲酰胺，充分摇晃锥形瓶，待样品完全溶解后加入35 mL异丙醇和3 ~ 4滴溴酚蓝指示剂，摇匀溶液，然后用0.1 mol/L标准盐酸溶液滴定，直到溶液颜色由蓝色变为黄色为止，0.5 min内不褪色则为滴定终点。同时做一组空白实验。NCO含量的计算如式(1)所示。

其中V1为空白实验中所消耗的标准盐酸溶液体积(单位：mL)，V2为滴定样品所消耗的标准盐酸溶液体积(单位：mL)，c为配制的标准盐酸溶液浓度(单位：mol/L)，m为样品质量(单位：g)，42为NCO基团的分子量。

采用凝胶渗透色谱仪测定样品的分子量，标样使用PS(聚苯乙烯)，流动相使用DMF(二甲基甲酰胺)，柱温 25 °C。

采用傅里叶变换红外光谱仪测定样品的结构。

将产物溶解在氘代氯仿(CDCl3)中，以四甲基硅烷(TMS)作为内标物，采用核磁共振仪(1H-HMR)表征样品的结构。

用去离子水将样品稀释到1 mg/mL后装入比色皿中，采用纳米粒度分析仪测定样品的粒径及其分布。

将树脂涂在玻璃片上且光固化成膜之后，采用光学接触角测量仪测定涂膜的水接触角。

将涂膜裁剪成 3 cm × 3 cm的大小，置于40 °C真空干燥箱中至恒重，称其质量为m0，然后将其浸泡于室温(25 °C)的去离子水中24 h，用滤纸吸取表面多余的水，称其质量为m1，按式(2)计算涂膜吸水率(W)，每一个样品测试3组并取平均值。

令树脂固化成膜后，取6 ~ 10 mg胶膜样品，采用热重分析仪在N2气氛下进行热重测试，N2流量为50 mL/min，温度范围 25 ~ 600 °C，升温速率 20 °C/min。

将树脂样品浇注在哑铃状聚四氟乙烯槽(有效长度10 mm，宽3.83 mm)中固化后脱模，然后采用双立柱台式试验机测试涂膜的拉伸强度和断裂伸长率，测试温度25 °C，拉伸速率20 mm/min，每组样条测试5次，取平均值。

采用紫外可见分光光度计测定光固化后涂膜的透光率，波长范围为200 ~ 800 nm。

剪取尺寸为1 cm × 1 cm的胶膜，在60 °C的真空烘箱中干燥至恒重，称量其质量为m′，然后将其放入索式提取器中，用丙酮在70 °C下提取24 h，再放置于60 °C的真空烘箱中干燥24 h，称量其质量为m″，每一样品测试3组并取平均值，胶膜凝胶含量(G)的计算如式(3)所示。

采用QFH漆膜划格仪，参照GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》测定涂膜的附着力。

采用QHQ型涂膜铅笔划痕硬度仪，参照GB/T 6739-2006《色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬度》测定涂膜的硬度。

参照GB/T 1733-1993《漆膜耐水性测定法》测试涂膜的耐水性。

将样品涂覆在载玻片上，置于盛满100 °C热水的烧杯正上方5 cm之处，模拟热雾；将涂有样品的载玻片置于4 °C的冰箱内，2 min后快速取出，模拟冷雾。观察载玻片表面结雾的现象，无发白现象则视为符合防雾要求。

参照GB/T 6753.3-1986《涂料贮存稳定性试验方法》测试分散液的贮存稳定性。

2 结果与讨论

2.1 FT-IR分析

如图3所示，SO3-2OH的红外谱图中3 460 cm-1处对应羟基吸收峰，2 960 cm-1处对应C─H伸缩振动峰，730 cm-1和679 cm-1附近对应间位苯环的特征峰。1 730 cm-1处对应C=O的特征峰，1 000 cm-1处对应─SO3─Na，表明磺酸盐的成功引入。

图3 UV-SIWPU和SO3─2OH的FT-IR谱图Figure 3 FT-IR spectra of UV-SIWPU and SO3─2OH

在UV-SIWPU的红外谱图中，2 270 cm-1处特征峰的消失表明NCO已经反应完全，3 410 cm-1处对应N─H的吸收峰，2 950 cm-1处对应C─H的特征峰，1 044 cm-1处对应─SO3─Na的特征峰，793 cm-1和650 cm-1附近对应间位苯环的特征峰，1 755 cm-1处对应C=O的特征峰，表明具有酯的结构。与SO3-2OH的红外谱图相比，UV-SIWPU的红外谱图在1 095 cm-1的位置多了一个异山梨醇环上醚键的伸缩振动峰，在1 505 cm-1处多一个C=C的吸收峰，表明双键已经被成功引入以及合成了氨基甲酸酯(─NHCOO─)。

2.2 1H-NMR分析

SO3-2OH能溶解于氘代氯仿(CDCl3)中，由其1H-NMR谱图(图4a)可知δ= 7.2 × 10-6处为苯环的单取代氢原子的峰，δ= 2.06 × 10-6处是─OH的峰，与羟基相连的亚甲基─CH2─的质子峰出现在δ= 3.9 ×10-6处，δ= 2.27 × 10-6处是与酯基相连的─CH2─的质子峰，δ= 3.80 × 10-6处对应─O─CH2─O─的质子峰，说明目标产物──磺酸二元醇成功合成。

UV-SIWPU也能溶解于氘代氯仿(CDCl3)中，由其1H-NMR谱图(图4b)可知，δ= 0.95 × 10-6处对应DMPA中─CH3的质子峰，δ= 4.26 × 10-6处对应与酯基相连的亚甲基─CH2─的质子峰，说明DMPA被成功引入到了聚氨酯体系中；δ= 4.02 × 10-6处对应PETA中与酯基相连的─CH2─的质子峰，δ= 5.75 × 10-6和δ= 6.38 × 10-6处为端乙烯基中亚甲基不同氢原子的峰，δ= 6.12 × 10-6处为端乙烯基中次甲基的质子峰，表明PETA被成功引入到了聚氨酯体系中；δ= 4.09 × 10-6处为酰胺基团─CONH─的质子峰，表明聚氨酯体系中存在氨酯基团；δ= 3.68 × 10-6和δ= 4.29 × 10-6两处对应异山梨醇的质子峰，表明异山梨醇被成功引入到了聚氨酯体系中；δ= 1.18 × 10-6和δ= 2.17 × 10-6两处分别对应TEA中的甲基质子峰和亚甲基质子峰，表明三乙胺与DMPA中的羧基发生了中和反应；δ= 7.2 × 10-6处为苯环的单取代氢原子峰，δ=2.06 × 10-6处是─OH 的峰，与羟基相连的─CH2─的质子峰出现在δ= 3.93 × 10-6处，δ= 2.27 × 10-6处是与酯基相连的─CH2─的质子峰，δ= 3.80 × 10-6处对应─O─CH2─O─的质子峰，表明磺酸二元醇被成功引入到了聚氨酯体系中；δ= 1.12 × 10-6和δ= 1.25 × 10-6两处分别对应IPDI环外─CH3和环中─CH2─的质子峰，δ= 3.00 × 10-6处对应与氨酯键相连的─CH2─质子峰。综上所述，DMPA、PETA、PCDL、SO3-2OH、三乙胺和异山梨醇都被成功引入到了UV固化水性聚氨酯体系中，产物是异山梨醇改性磺酸基水性聚氨酯。

图4 SO3-2OH(a)和UV-SIWPU(b)的1H-NMR谱图Figure 4 1H-NMR spectra of SO3-2OH (a) and UV-SIWPU (b)

2.3 乳液粒径分析

从图5可以看出，UV-SWPU和UV-SIWPU的乳液粒径分布呈现出明显的差异。对于UV-SIWPU而言，随着磺酸二元醇含量的增加，乳液的粒径逐渐变小，粒径分布逐渐变窄，分散更均匀。未添加磺酸二元醇时，乳液的平均粒径为38 nm，而当乳液中磺酸二元醇的含量为25%时，乳液的平均粒径为18.9 nm。这是由于磺酸盐型水性聚氨酯的亲水基团为强酸强碱盐，相较于羧酸型水性聚氨酯而言，磺酸盐的离子化程度更高，分散体具有更稳定的“双电层”结构，使得乳液更稳定，不易发生团聚。随着磺酸盐亲水粒子占比增加，疏水基团被包裹在亲水基团中，内部的静电斥力增加，使得乳液的粒径更小，整个体系的分散效果更好。对于UV-SIWPU而言，随着异山梨醇含量的增加，乳液的粒径不断减小，分布更均匀。这是由于异山梨醇由2个稠合的四氢呋喃(THF)环和2个不等价的羟基组成[19]，具有高度的亲水性，其形成的乳液分散效果更好。

图5 UV-SWPU(a)和UV-SIWPU(b)乳液的粒径分布Figure 5 Particle size distribution of UV- SWPU (a) and UV-SIWPU (b) emulsions

2.4 水接触角及吸水率分析

由图6a可知，随着SO3-2OH含量的增加，UV-SIWPU涂膜的水接触角从UV-WPU的80.0°降低至UV-SWPU-25的16.7°，改善了亲水性，使得涂膜具备防雾性能。由图6a和6b可知，吸水率随着SO3-2OH和IS含量的增加而增大，说明涂膜的耐水性能明显下降。当体系中SO3-2OH的含量增加至25%时，涂膜浸泡在水中会出现发白溶胀的现象，失去使用价值。综合考虑亲水性和耐水性的平衡，SO3-2OH的用量以20%为宜。异山梨醇具有高度的亲水性，同时也具有很高的吸水性能，故其用量以50% ~ 75%为宜。

图6 UV-SWPU(a)和UV-SIWPU(b)胶膜吸水率和水接触角Figure 6 Water absorption rates and water contact angles of UV-SWPU (a) and UV-SIWPU (b) films

2.5 TGA/DTG分析

由图7b和图7d可知，各DTG曲线均有3个吸收峰，说明UV-SWPU和UV-SIWPU涂膜的质量损失均分为3个阶段。第1阶段为210 ~ 280 °C，由于固化膜中含有较多的羧基和羟基，它们会与空气中的水分子形成氢键，加热时氢键受到破坏后释放水分而失去质量，另外包括部分未固化交联彻底的小分子单体造成的质量损失。第2阶段为280 ~ 360 °C，此时的质量损失主要是氨基甲酸酯基团的裂解以及部分羧基脱水所造成的。第3阶段为360 ~ 490 °C，此时软段开始分解。另外，随着磺酸二元醇添加量增多，胶膜的TGA曲线向高温方向移动，表明胶膜的耐热性不断提高，这可能是由于磺酸二元醇内具有苯环等刚性基团，裂解温度高，耐热性好。这与之前提到的磺酸盐链段提高了聚氨酯乳液的相容性也有关。因为随着磺酸二元醇含量的增加，形成的磺酸盐聚氨酯乳液的粒径变小，成膜后排列更为紧密，氢键之间的作用增强，所有涂膜的耐热性得到提高。由图7c和图7d可知，随着异山梨醇含量的增加，磺酸基水性聚氨酯的耐热性有一定提升，这是由于异山梨醇中含有的刚性螺环结构使其具有较高的热稳定性，而且异山梨醇含有一个外羟基和一个内羟基，外取代位置的存在增加了其相连环状结构的稳定性[20]，赋予了其一定的热稳定性。

图7 UV-SWPU和UV-SIWPU涂膜TGA和DTG曲线Figure 7 TGA and DTG curves of UV-SWPU and UV-SIWPU films

2.6 拉伸性能分析

由图8a可知，UV-SIWPU涂膜的拉伸强度随磺酸二元醇含量从零增加至20%的过程中，呈先升后降的趋势，断裂伸长率呈先降后升的趋势，但当磺酸二元醇的含量上升至25%时，拉伸强度变小，断裂伸长率增大。这是因为聚氨酯由硬段和软段组成，涂膜的拉伸强度和硬度与聚氨酯链段中硬段的含量及固化膜的交联密度有关。当硬段的含量一定时，磺酸二元醇的含量增加，NCO键不仅可以与硬段的C=O生成氢键，还可以与─SO3─生成氢键，提供了更多的交联点。磺酸二元醇的极性较强，其固化膜的氢键及极性作用增强，使得涂膜的内聚强度得到了提升，增加了交联密度和分子间作用力，使得涂膜的力学性能增强，拉伸强度增大，断裂伸长率降低。但磺酸二元醇引入量过多时，非极性的链段和极性链段之间的作用力下降，交联密度降低，于是涂膜的拉伸强度降低，断裂伸长率增大。由图8b可知，随着异山梨醇含量的增加，拉伸强度由4.2 MPa最大提高至7.2 MPa，断裂伸长率由312%降低至232%。这是因为异山梨醇含有刚性螺环结构，并且其中的羟基可以与氨基甲酸酯键形成氢键，令分子间作用力提高，从而导致涂膜的拉伸强度提高，但其柔性变差，断裂伸长率减小。

图8 UV-SWPU(a)和UV-SIWPU(b)涂膜的拉伸强度与断裂伸长率Figure 8 Tensile strength and elongation at break of UV-SWPU (a) and UV-SIWPU (b) films

2.7 涂膜的透光率分析

如图9a所示，在波长550 nm处，未引入磺酸二元醇的UV-WPU的透光率为92.40%，而随着磺酸二元醇的逐渐增加，涂膜的透光率逐渐提高。这是因为磺酸二元醇中含有对紫外光有较强吸收的苯环结构。当磺酸二元醇的含量为25%时，透光率为97.00%。如图9b所示，随着异山梨醇的增加，涂膜的透光率也有提升，由UV-SIWPU-20-0的93.18%增加到了UV-SIWPU-20-100的96.70%。这是由于异山梨醇由2个稠合的四氢呋喃(THF)环和2个不等价的羟基组成，体系中引入了大量的刚性螺环结构，使得链段的规整性受到了一定的影响，降低了聚氨酯的结晶性。综上，引入磺酸二元醇和异山梨醇都可以提高聚氨酯的透光率，这种涂膜可以运用在对光学透过率要求较高的器件上，比如眼镜片、汽车挡风玻璃、浴室玻璃等等。

图9 UV-SWPU(a)和UV-SIWPU(b)涂膜的透光率曲线Figure 9 Transmittance curves of UV-SWPU (a) and UV-SIWPU (b) coating film

2.8 防雾性能分析

图10为典型涂膜样品的防雾性能测试时的照片，其中左边的玻璃片涂覆有防雾涂膜，右边为空白玻璃片。在模拟热雾之下，左侧涂有防雾涂膜的载玻片能看清楚底部的文字，但是未涂覆防雾涂膜的玻璃片表面凝结了大量的水珠而令文字变得模糊不清。雾气在具有亲水性防雾涂膜的载玻片上能迅速铺展开来，形成一层均匀的水膜，不会形成大颗粒的液滴，极大地减少了原本来自液滴的光线散射和漫反射，因而不会产生起雾的现象。随着涂膜的水接触角减小，其防雾性能变好，这是由于磺酸二元醇本身具有亲水性的磺酸基团。同时可以看出 UV-SIWPU-20-75(图 10d)和 UV-SIWPU-20-100(图 10e)的清晰度比其他3个试样更高，原因是随着异山梨醇含量的增加，水接触角变小，防雾性能变好。推测防雾机理归因于聚合物中羟基与水分子之间形成的强氢键作用[21]。

图10 玻璃基材的防雾性能测试Figure 10 Anti-fogging test on glass

2.9 凝胶含量分析

在树脂光固化成膜的过程中，碳碳双键在光引发剂的作用下形成立体交联结构，所以碳碳双键的含量越高，光固化活性基团越多，交联度越大，凝胶含量越高。如图11所示，所有涂膜的凝胶含量均超过89%，说明光固化得很充分，因为用于封端的PETA含量一致，所以所有比例的树脂都具有较高的凝胶含量。另外随着磺酸二元醇和异山梨醇含量的增加，凝胶含量有上升的趋势。这是由于其中含有的─SO3和─OH可以与聚氨酯基体形成氢键作用，令分子间作用力增强，形成了更多的交联点，使得交联密度增加。但当磺酸二元醇的引入量过多时，其中非极性基团的作用变强，使得交联密度变小，凝胶含量降低。

图11 UV-SWPU(a)和UV-SIWPU(b)胶膜的凝胶含量Figure 11 Gel contents of UV-SWPU (a) and UV-SIWPU (b) films

2.10 涂膜基本性能分析

由表2可知，随着磺酸二元醇和异山梨醇含量的增加，涂膜的铅笔硬度有所提升，涂膜的附着力变化不大，耐水性略有降低。所有乳液的稳定性都较好，外观基本都是透明、泛蓝光，并且无沉淀，可以稳定贮存6个月以上。

表2 UV-SWPU和UV-SIWPU乳液及其涂膜的基本性能Table 2 Basic properties of UV-SWPU and UV-SIWPU emulsions and their films

乳液的外观与乳液的粒径有关。随着磺酸二元醇和异山梨醇含量的增加，乳液的粒径逐渐变小，分布变得均匀，乳液的外观由半透泛蓝光变成透明泛蓝光。

涂膜的硬度主要与聚氨酯中硬段的含量和交联密度有关，随着磺酸二元醇含量的增大而提高是由于磺酸二元醇中含有刚性的苯环基团，使得分子间作用力增大。另外，异山梨醇中含有2个不等价的羟基，可以与NCO反应形成立体的微交联结构，极性的作用力和氢键的作用增强，内聚强度增大，交联密度提高，使得涂膜的硬度变大。

由于磺酸二元醇是亲水性物质，吸水率高，因此磺酸盐的含量越高，成膜后被磺酸盐吸附的水分越多。当磺酸二元醇含量为25%时，涂膜在浸泡7 d后出现出明显泛白、脱落现象，说明该涂膜易被水溶胀，不具备使用价值。

3 结论

以间苯二甲酸-5-磺酸钠、己二醇和己二酸为原料制备了亲水的低聚物型磺酸二元醇(SO3-2OH)，将其引入聚氨酯的预聚阶段，能很好地改善聚氨酯的亲水性，并且再引入生物基异山梨醇(IS)进行改性，合成了异山梨醇改性磺酸基水性聚氨酯。随着SO3-2OH和IS含量的增大，乳液的粒径变小，其分布逐渐变得更加均匀，涂膜的水接触角逐渐减小，吸水率变高，由于引入了对紫外线有较强吸收的苯环和含有刚性螺环结构的基团，因而显著提高了它的透光率，且涂膜的热稳定性和硬度均有所提升，拉伸强度呈现先升高再降低的趋势，涂膜都具有较高的凝胶含量。当SO3-2OH含量为20%，IS含量为75%时，乳液的平均粒径为20.8 nm，涂膜的综合性能优异，水接触角为23.2°，具有良好的防雾性能，且涂膜的吸水率为11.6%，在水中浸泡7 d后不泛白，不脱落，耐水性较好，涂膜在 550 nm处的透光率达到了96.00%，拉伸强度为6.5 MPa，断裂伸长率为253%，铅笔硬度达到2H。该涂膜可作为光学眼镜片、浴室玻璃、汽车玻璃等产品的防雾涂层，有较好的应用前景。