极稀状态下的水性聚氨酯分散体流变学

      水性聚氨酯分散体常规浓度以及高浓状态下的流变学研究具有应用指导意义，同时也具有理论意义，水性聚氨酯分散体在极稀浓度下(<0.2 g/mL)的流变学研究主要是理论的意义了。

      对于悬浮体系，将浓度转换成体积分数，其稀浓度体系可以应用爱因斯坦方程描述。

      其中η为分散体黏度，ηc为分散介质黏度，Ф为分散质体积分数，c为分散体转换的浓度以g/mL表示，[η]为特性黏度，KH 为Huggins系数，它可以表征分散体粒子间的相互作用。

      将爱因斯坦方程变换得到实验作图方程：

      定义(ηr－1)/c为比浓黏度，实验获得的比浓黏度对浓度作图可以获得一条直线，直线外推导c＝0获得液体的特性黏度[η]，直线斜率为KH[η]，通过直线斜率以及节距[η]可以获得Huggins系数。

      根据Flory理论，特性黏度与体系中流体力学体积有关，对于分散体，假定粒子为球体，那么分散体粒子的平均流体力学半径为：

      其中RH为分散体粒子流体力学半径，[η]为特性黏度，Mw为分散体粒子的质均相对分子质量(一个粒子看成一个分子)。Na为Avagadro常数。

      采用毛细管黏度计测定极稀状态下水性聚氨酯分散体的比浓黏度与浓度关系得到图1结果。从图1可以看出，极稀状态聚氨酯分散体的流变学非常类同聚合物电解质溶液流变学，其比浓黏度与浓度的关系在低电解质条件下或去离子水体系中在极稀状态(<0.05g/mL)偏离爱因斯坦方程，随着分散体浓度下降，比浓黏度出现上升趋势，而在电解质浓度高于10－3 M后，分散体比浓黏度基本符合爱因斯坦方程。这种现象就是一种标准的高分子电解质溶液所表现出的特征。有些研究者研究发现带电荷粒子胶体溶液也表现出这种特征。这种在极低浓度下比浓黏度随着浓度下降而上升的现象研究者公认是因为稀释使得双电层扩展，粒子等效流变学粒径增加造成的。

      将图1数据作进一步数据处理，获得表1结果。

      从表1可以获得以下结论。

      (1) 聚氨酯分散体粒子间存在较强的相互作用，通常对于分散体体系Huggins系数大于1，且随着分散体粒子间相互作用增加，Huggins系数增加，从表2看出Huggins系数都大于1，最大达到7.19，说明分散体粒子间相互作用较强。

      (2) 水性聚氨酯分散体粒子大小在不同电解质浓度下可以改变，这种结果又从一个侧面说明水性聚氨酯分散体是一个水溶胀结构，电解质浓度改变影响粒子内水的溶胀率，改变聚氨酯分散体粒子大小。

      同时采用光散射测定不同电解质条件下的水性聚氨酯分散体平均粒径，光散射测定结果虽然与黏度测定有系统误差，但粒经变化趋势是相同的。