在使用预聚体分散工艺合成水性聚氨酯分散体过程中,后扩链的工艺和扩链剂的选择是影响水性聚氨酯分子量的重要因素。由于后扩链反应位于乳化分散之后,存在扩链剂端基与水的竞争反应,扩链剂端基反应活性和―笼效应‖使得后扩链过程中的扩链反应十分复杂。寻找有效的分析方法,对后扩链反应过程进行定量分析,是提升水性聚氨酯性能的重要途径。在早期研究中,我们曾使用茚三酮显色的方法定量分析后扩链反应,但是该方法使用的紫外吸收光谱受外界因素影响较大,也无法反映整个分子链的特征,寻找一种能够表征分子链整体特征的研究方法极为重要。根据反应机理,以高活性伯胺为后扩链剂,进行后扩链反应后,所得到的水性聚氨酯中存在四种不同扩链情况:(1)水封端(WD):异氰酸酯基(NCO)与水反应生成端氨基,受环境影响,不再进行进一步扩链,形成封端效果;(2)水扩链(WE):异氰酸酯基与水反应生成端氨基后,该端氨基与其他端异氰酸酯基反应形成扩链;(3)二胺封端(DD):异氰酸酯基与扩链剂中的一端伯胺基扩链后得到端基仍为胺基的分子链,受环境影响,不再进行进一步扩链,形成封端效果;(4)二胺扩链(DE):异氰酸酯基扩链剂中的一端伯胺基扩链后得到端基仍为胺基的分子链,该端胺基与另一个异氰酸酯端基反应形成扩链。通过计算扩链后水性聚氨酯中NCO被上述四种反应各自消耗的量来分析温度、粒径、后扩链度以及二胺扩链剂的种类对扩链效率的影响。我们采用易水解聚酯多元醇合成水性聚氨酯,通过配方设计保证聚氨酯预聚体在后扩链前的异氰酸酯基含量一定,对不同扩链温度、粒径、后扩链度以及二胺扩链剂的种类的聚氨酯可控水解后干燥、分离,获得不同的硬段片段。由于预聚体分散工艺后扩链会形成新的硬段结构,利用MALDI-TOF分析硬段片段。结合MAIDI-TOF测试图谱,确定分解后存在的每个分子的含量。根据后扩链前的剩余的NCO的物质的量计算上述四种情况对应消耗NCO的量,对不同温度、粒径、后扩链度以及二胺扩链剂扩链效率的影响进行分析,为进一步明确水性聚氨酯后扩链反应机理提供理论依据。本文分别以IPDI、TDI为脂肪族和芳香族异氰酸酯的代表,聚己二酸乙二醇为二元醇,以DMPA的加入量来控制粒径大小,乙二胺、1,6-己二胺、1,3-环己二甲胺为后扩链剂,探究不同温度、粒径、后扩链度以及二胺扩链剂的种类等对后扩链的影响,研究表明:(1)IPDI型水性聚氨酯分散体的后扩链研究对比0℃、10℃、20℃、30℃、40℃这5个温度下水性聚氨酯分散体后扩链效率,二胺扩链和水扩链的总效率在低温0-10℃和高温40℃时较大;随着亲水扩链剂DMPA的加入量从1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g逐渐增加,合成的水性聚氨酯粒径逐渐减小,水封端和水扩链的含量增加,而二胺扩链的含量降低,二胺扩链和水扩链之和的量也降低;随着扩链度20%、40%、60%、80%逐渐增大,二胺扩链与水扩链之和先增大后减小,在60%附近有最大值;采用不同二胺扩链种类进行扩链时,在乙二胺、己二胺、1,3-环己二甲胺这三种常见的二胺扩链剂中,乙二胺分子量最低,水溶性最好,扩链效率最高。(2)TDI型水性聚氨酯分散体的后扩链研究对比0℃、10℃、20℃、30℃、40℃这5个水性聚氨酯分散体后扩链效率,乙二胺的扩链效率却是随着温度的升高而逐渐降低,在40℃达到最低值,而水扩链效率却在高温40℃时达到最大值。乙二胺扩链和水扩链的总效率在低温0℃和高温40℃时较大;随着亲水扩链剂DMPA的加入量从1.5 g-2.0 g-2.5 g-3.0 g逐渐增加,合成的水性聚氨酯粒径逐渐减小,乙二胺扩链效率逐渐降低,而水扩链效率却正好相反,随着粒径的减小而升高;随着扩链度20%-40%-60%-80%逐渐增大,二胺扩链与水扩链之和先增大后减小,在60%附近有最大值。采用乙二胺扩链时,乙二胺的用量为理论用量的60%时总扩链效率最高;对比乙二胺、己二胺、1,3-环己二甲胺作为扩链剂合成的水性聚氨酯分散体的二胺扩链效率,发现乙二胺扩链效率最高,分子量越小,水溶性越好,越容易参与扩链,这对于水性聚氨酯分散体后扩链过程中,扩链剂的选择有一定指导意义。