[发明专利]一种水性聚氨酯再扩链的方法

说明书

技术领域

本发明属高分子材料水性聚氨酯制备技术领域，特别是一种水性聚氨酯再扩链的方法。

背景技术

水性聚氨酯以水作为分散介质，无毒，无味，不燃，不爆，使用过程中仅有水分挥发进入大气，对环境不产生污染，对施工人员不造成毒害，使用水性聚氨酯制备的产品无有毒有害物质残留。自上世纪70年代出现以来，水性聚氨酯作为一种绿色高分子材料，其发展一直得到各国政府的重视，发展十分迅速，产品性能也有质的提高。但与其对应产品溶剂型聚氨酯比较，性能还有一定的差距。特别是水性聚氨酯产品分子量远不如溶剂型聚氨酯产品高。目前市场销售的水性聚氨酯产品其平均分子量一般在4×10⁴g/mol～10⁵g/mol，而对应的溶剂型聚氨酯产品其平均分子量可以达到2×10⁵g/mol。正由于分子量的差距，水性聚氨酯产品涂膜拉伸强度难以超过35Mpa，而溶剂型聚氨酯产品一般可以达到60Mpa。水性聚氨酯产品分子量不高的本质原因是受水性聚氨酯合成工艺的限制。对应缩聚反应，反应物理的配平是获得高分子量缩聚聚合物的关键，但对于水性聚氨酯预聚体分散工艺，最后一步扩链反应是在水分散状态下进行的，水可以参与反应而干扰缩聚反应的物理平衡。从理论上聚氨酯预聚体与水反应以及与二胺扩链剂反应形成的端基都为胺基，胺基为一种高反应活性的官能团，理论上可以采用能够与胺基缩聚的双官能团化合物如二异氰酸酯、环氧树脂进行进一步扩链提高成品水性聚氨酯分子量。但由于水性聚氨酯合成工艺影响因素众多，即使相同的配方和相同的工艺获得的水性聚氨酯端胺基含量受到工艺条件微细波动，端胺基含量也会出现较大差别，故只有通过端胺基含量的准确测定才能确定扩链剂的用量。然而到目前为止，工业领域乃至学术界一直都没有有效测定水性聚氨酯端胺基的方法。水性聚氨酯的端胺基含量极低，按照水性聚氨酯分子量4×10⁴g/mol计算，胺基含量为0.05mmol/g，无法采用化学分析的方法测定，胺基上的H为活性氢，也无法采用核磁等方法定量分析。由于缩聚扩链反应获得的分子量强烈依赖于反应配平，因此，测定水性聚氨酯成品端胺基含量以确定扩链剂用量是获得高分子量水性聚氨酯最终产品的前提。

发明内容

本发明的目的是针对现有水性聚氨酯分子量较低、性能较差的情况，提供一种水性聚氨酯再扩链的方法，它能够有效提高水性聚氨酯产品的分子量，进而提高水性聚氨酯产品的性能。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：一种水性聚氨酯再扩链的方法，其特征在于按下述步骤进行：

1）成品水性聚氨酯端胺基含量的测定：

先以丁二胺为样品，配置含量在1×10^－6g/ml～1×10^－4g/ml范围内的一系列不同浓度的丁二胺乙醇溶液，在样品溶液中分别添加0.01～0.5份茚三酮含量为1%的茚三酮乙醇溶液，并采用乙酸分别调节其pH值至6－6.5，在90℃～100℃水浴中加热30－50分钟后，采用双光束可见光谱测定400～700nm吸收，根据吸收峰高度以及已知样品胺基的含量获得标准工作曲线图；

再以1份成品水性聚氨酯为试样，加入5－10份的乙醇将其转化为溶液，添加0.01～0.5份茚三酮含量为1%的茚三酮乙醇溶液，并采用乙酸调节其pH值至6－6.5，在90℃～100℃水浴中加热30－50分钟后，采用双光束可见光谱测定400～700nm吸收，获得560nm特征吸收峰峰高数据，与上述获得的标准工作曲线图对照，测定成品试样水性聚氨酯端胺基含量；

2）水性聚氨酯再扩链：根据上述测定的成品试样水性聚氨酯端胺基含量的0.6～1.0摩尔比，添加计算量的再扩链剂，对定量的成品水性聚氨酯进行再次扩链反应，再次扩链反应在20℃～50℃搅拌状态下反应1～5小时，即得高分子量和性能的水性聚氨酯产品；

上述的“份”为容积。