聚氨酯材料是帶有反復氨基甲酸酯結構單元的一類纖維材料，傳統式的溶液型聚氨酯材料中帶有的溶劑易燃性、易燃易爆、并具備毒副作用，對身體和自然環境都是有不好的危害。伴隨著大家保護意識的提高，水性聚氨酯原材料慢慢變得重要。水性聚氨酯是以水做為助懸劑，具備不易燃性、環境保護、無毒性、安全性等優勢，已廣泛運用于建筑涂料、粘膠劑、pvc人造革、聚氨酯彈性體、裝飾建材、紡織物梳理、高分子材料表活劑等行業。水性聚氨酯分成雙組分水性聚氨酯和組份水性聚氨酯。雙組分水性聚氨酯不用添加偶聯劑就可以獲得所需性能指標，但因為其為線性結構、化學交聯度低、分子結構中帶有親水基團，使其在強度、耐磨性和耐水洗性等層面存有一定缺點，運用范疇受限制;而組份水性聚氨酯交聯密度高，具備涂層強度高、耐磨性能好、粘合力強等出色的物理性能和耐潮、耐水洗等有機化學特性，在一定水平上填補了雙組分水性聚氨酯的不夠，可以作為高端原材料，是水性聚氨酯發展趨勢的發展趨勢。組份水性聚氨酯關鍵由含甲基的聚醚多元醇成分和含異氰酸酯基(NCO)的水溶性固化劑成分構成。水溶性異氰酸酯成分做為水性聚氨酯的關鍵構成部分，其構成和構造又決策著水性聚氨酯的物理學物理性能，耐侯、耐物質等有機化學特性，因此水性聚氨酯固化劑的科學研究是水性聚氨酯進到實際性運用環節的重要。

一 異氰酸酯種類

異氰酸酯可分成脂環族異氰酸酯和脂環異氰酸酯。脂環族異氰酸酯關鍵有六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、酯化苯基甲烷氣體二異氰酸酯(H12MDI)等;脂環異氰酸酯關鍵有二甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷氣體二異氰酸酯(MDI)、數次亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI)等。

1.1脂環族異氰酸酯

HDI類和IPDI類是常見的生成水性聚氨酯固化劑的脂環族異氰酸酯，HDI類異氰酸酯有較長的亞甲基鏈，生成的固化劑粘度較低，易被聚醚多元醇成分所分散化，涂層易流平，柔韌度和耐刮性優良。但HDI類固化劑還不可以完成經營規模生產制造，緣故關鍵有：1)原材料依靠進口;2)HDI的兩個NCO官能團具備同樣的特異性，非常容易產生縮聚反應，形成深層高聚物，對生產工藝流程規定高;3)過多HDI單個的除去所需機器設備項目投資大、加工工藝難度系數大、成本增加。因而，此類固化劑一般僅做為高端原材料運用于高端建筑涂料、飛機場建筑涂料、汽車涂料、軍用行業及固態火箭推進劑和包復層中等水平。IPDI類異氰酸酯具備人體脂肪環形構造，其生成的固化劑涂層干躁速度更快、強度高，具備不錯的耐磨性能和耐酸類，但因為其粘度較高，不容易被聚醚多元醇成分所分散化，其涂層的流平性和光滑度不如HDI類固化劑。脂環族異氰酸酯生成的聚氨酯材料固化劑使用性能，但其價錢較價格昂貴，使其在中國的運用受限制。

1.2脂環異氰酸酯

脂環異氰酸酯的關鍵原材料為二甲苯，甲苯價格相對性較低，而且制取的脂環聚氨酯材料具備優良的物理性能。劉身凱等以MDI為原材料，根據熔化縮聚反應制取了用以環氧地坪涂料的節能型聚氨酯材料固化劑，此固化劑微毒、速干、漆層的延展性、抗沖擊性及耐磨性優良，綜合型能出色。但脂環水性聚氨酯固化劑也存有一些難題：一是苯環的存有，非常容易造成 原材料變黃，只有用以低擋建筑涂料和粘膠劑商品中;二是與脂環族異氰酸酯對比，脂環異氰酸酯具備較高的特異性，與聚醚多元醇成分混和時，NCO官能團與水的反應速率較快，造成 破乳全過程中產生的不良反應較多，危害涂層實際效果和特性。

二 聚氨酯材料固化劑的親水性改性

親水性改性常見方式有外乳狀液法和內乳狀液法。外乳狀液法是立即將破乳劑添加在其中，開展物理學混和。外乳狀液法存有粒度尺寸區別大、相溶性差、破乳劑破乳后非常容易分散于破乳物表層等難題，促使破乳物表層具備吸水性，涂層的耐磨性減少。因而，外乳狀液法只有運用于制取對耐磨性規定不太高的原材料。內乳狀液法是在聚氨酯材料預聚體里立即引進親水基團或帶有親水基團的擴鏈劑開展有機化學改性，制取出的固化劑與水混和后，分子結構中親水基團房屋朝向水相，不僅能夠 維護NCO官能團，且親水基團的互相抵觸可以使多異氰酸酯平穩的在水中分散化;干固破乳后，破乳物中不會有分散的吸水性小分子水，較外乳狀液法在耐磨性、耐水洗性及物理學物理性能等層面均有大大提高。依據引進親水基圖的類型，親水性改性關鍵可分成非正離子改性、正離子改性、非正離子和正離子混和改性。

2.1非正離子改性

非正離子改性一般是將帶有環氧乙烷或環氧丙烷等親水基團引進多異氰酸酯中。改性后的聚氨酯材料固化劑不但具備一定的吸水性，而且剩下的NCO官能團被包囊住，使其可以平穩的存有于水里。吳勝華等選用聚乙二醇單甲醚(MPEG)與HDI三聚體為關鍵原材料制取了親水性聚氨酯固化劑。檢測結果顯示：親水性單個MPEG均值相對性分子質量為500，NCO官能團與甲基物質的量比6∶1時，制取的水性聚氨酯固化劑特性優良。Lai等選用IPDI與三羥甲基丙烷氣(TMP)反映，以MPEG為吸水性鏈，制取了水性聚氨酯固化劑，該固化劑明顯改進了水性聚氨酯的構造與特性。

2.2正離子改性

正離子改性可分成正離子改性和陽離子改性2種方式。

2.2.1正離子改性

正離子改性是將含正離子的化學物質(如吡啶?f鹽、咪唑?f鹽、季銨鹽等)引進多異氰酸酯中，再將其與酸反映中合成鹽，就可以獲得具備吸水性的多異氰酸酯。申相輝等以2，4-TDI和聚乙二醇(PEG 1000)為關鍵原材料、N-羥基二乙醇胺(MDEA)為親水性擴鏈劑、乙酰苯胺為封閉劑，用自乳狀液法生成了親水性改性的聚氨酯材料固化劑。含正離子官能團的甲基環氧樹脂生成非常復雜，可應用的商品較少，且正離子改性所需生成流程多、成本增加，正離子的存有造成 NCO官能團與開朗氫反映，減少了管理體系的可靠性，運用使用價值并不大，故非常少采用。

2.2.2陽離子改性

陽離子改性后的聚氨酯材料固化劑pH低于7，可以減緩NCO官能團和水的反應速率，進而增加使用時間，因此此方法比正離子改性更加常見。羧基鹽、磺酸鹽、聚磷酸鹽是普遍的陽離子改性化學物質，根據引進含羧基或磺酸基等陽離子官能團，再添加還原劑(如三乙胺、N-羥基哌啶或N-羥基吡咯等)開展中合，制取可以平穩分散化于水里的聚氨酯材料固化劑。

Laas等以環己胺基丙磺酸和環己羥基乙磺酸為改性劑，制取親水性的聚氨酯材料固化劑。結果顯示，此磺酸改性的聚氨酯材料固化劑不用高剪切應力就可以在水中勻稱分散化且具備非常好的存儲可靠性。紀學順等選用新式的氨基磺酸與HDI三聚體反映改性聚氨酯材料固化劑。結果顯示：在N，N-二甲基環己胺與氨基磺酸物質的量之比1.05、溫度為100℃、反應速度為4h、氨基磺酸使用量為2.5%～3.0%標準下，可制取出性能卓越、易分散化的水性聚氨酯固化劑。

2.3非正離子和正離子混和改性

現階段，聚氨酯材料固化劑親水性改性方式并以正離子改性為主導，但此方法改性的固化劑耐磨性差，并且具備結晶體趨向;陽離子改性能提升耐磨性但對pH有較高規定，并非正離子和正離子混和改性，則可擺脫所述缺點。Laas等用HDI三聚體、二羥甲基己酸(DMPA)、聚(乙二醇-丙二醇)丁醚反映制取具備存儲可靠性的水性聚氨酯固化劑，該固化劑不但能減少結晶體趨向，還能提升涂層耐磨性，具備優良的涂層特性。

三 封閉性水性聚氨酯固化劑

組份水性聚氨酯是將聚醚多元醇成分與固化劑成分混和，混和后沒有一次用完，則不可以再再次應用，導致原材料消耗，且固化劑成分中的NCO官能團特異性較高，常溫狀態就可以與空氣中的水產生反映使其霉變。若將NCO官能團與某類封閉劑反映，制取常溫狀態平穩的化學物質，應用時再根據加溫使其修復原先的異氰酸酯構造并與含甲基成分反映，既可獲得原來聚氨酯材料又可以處理所述難題。封閉性固化劑在水中具備非常好的可靠性，被廣泛運用于水溶性系統軟件中，但NCO官能團特異性很高，非常容易產生不良反應，在解封溫度較高時，會產生NCO官能團的二聚、三聚，形成脲基甲酸酯或縮二脲等，因此開發設計低解封溫度的封閉劑尤為重要。

3.1封閉式-解封原理

封閉劑與異氰酸酯的反映是典型性的親核加成反映。這一反映全過程能用2個原理表述：一是清除-加持原理，即在一定溫度下，封閉性異氰酸酯溶解為封閉劑和分散的異氰酸酯，在其中分散的異氰酸酯再次與甲基成分反映形成組份聚氨酯材料。另一種為加持-清除原理，即甲基與封閉式的NCO官能團相互配合反映產生四面體化工中間體，隨后脫去封閉劑。

3.2封閉劑的種類

常見于封閉式水性聚氨酯固化劑的封閉劑有等保、甲酸、己內酰胺、甲乙酮肟、咪唑、氫氧化鈉、丙二酸二乙酯等。一般依據解封溫度和水溶挑選封閉劑。在封閉式反映中，當NCO官能團接有給電子器件官能團時，能夠 推動封閉式反映的開展;而接有吸電子器件官能團的時候能夠 推動解封反映的開展。

3.2.1醛類和酚類化合物封閉劑

醛類封閉劑具備較高的解封溫度和較低的反映特異性，因此可以在水中很平穩地存有。如電堆積面漆所需存儲可靠性很強，因此以2-乙基己醇為封閉劑。酚類和異氰酸酯的反映原理與純正異氰酸酯反映原理相近，全是NCO官能團與特異性氫反映，各自形成氨基甲酸酯和羥基苯甲酸苯酯，酚類中因為有苯環的共軛點功效，造成 酚羥基的反映特異性比醇羥基弱，因此酚類化合物封閉劑與醛類對比解封溫度較低，但封閉式反映遲緩，必須在加溫或加上金屬催化劑標準下使反映加快開展。

3.2.2肟類封閉劑

肟類封閉劑十分適用人體脂肪族類異氰酸酯的封閉式，其解封溫度比醛類和酚類化合物封閉劑低。王黎等以TDI、TMP為原材料生成聚氨酯材料預聚體，以甲乙酮肟為封閉劑生成水性聚氨酯固化劑，結果顯示，該固化劑存儲可靠性優良且解封閉式溫度較低。鐘燕等以異氰酸酯三聚體與MPEG為原材料反映，再用不一樣的封閉劑封閉式剩下的NCO官能團，制取出可水分散化的封閉式聚氨酯材料固化劑，結果顯示，當MPEG含量低于2000、以甲乙酮肟做為封閉劑時，制取出的封閉性水性聚氨酯固化劑粘度適度且可靠性優良。

3.2.3咪唑和脒類、吡唑和三唑類封閉劑

因為共價鍵的存有，咪唑和脒類、吡唑和三唑類封閉劑的解封溫度相對性較低。周靜靜地等以IPDI、TMP為原材料經加成反應，以DMPA為擴鏈劑，再以三乙胺(TEA)中合成鹽，以2-羥基咪唑(2-MI)為封閉劑封端，獲得一種在室內溫度下就可以解封的水性聚氨酯固化劑，結果顯示，該固化劑能顯著降低異氰酸酯與水的反應速率，提升疑膠時間。張漢青等首先用異氰酸酯三聚體與DMPA為原材料開展擴鏈反應，再用3，5-二甲基吡唑(DMP)為封閉劑，將剩下的NCO官能團封閉式，最終用二甲基乙醇胺(DMEA)中合成鹽，制取的水溶性固化劑可在較低溫度下完成解封。

3.2.4亞硫酸氫鹽類封閉劑

氫氧化鈉質優價廉且環境保護零污染，所封閉式的聚氨酯材料固化劑解封溫度較低，運用使用價值很高。Zhang等以甲基丙烯酸酯二醇(N210)、IPDI為關鍵原材料、氫氧化鈉為封閉劑生成水性聚氨酯固化劑，結果顯示，封閉式反映的最好標準為：20℃反映45min，n(NaHSO3)∶n(―NCO)=1.1，解封溫度 76～130℃。胡鵬等以TDI、PEG-400為關鍵原材料生成聚氨酯材料預聚體，以NaHSO3為封閉劑對預聚體開展封閉式，結果顯示，在最優化標準下，NaHSO3對異氰酸酯基的封閉式實際效果優良，物質的解封溫度在56.3～68.4℃中間。但NaHSO3封閉劑也是有可靠性差、封閉式率劣等缺點，并且NaHSO3與異氰酸酯不可以非常好地相溶，若根據溶劑完成NaHSO3和聚氨酯材料固化劑的相溶，必定導致揮發物有機物(VOC)成分提高，對自然環境有一定環境污染。楊勇強等以IPDI、DMPA、丁腈膠和含特異性基非正離子親水性化學物質(AD)為關鍵原材料、NaHSO3為封閉劑，先成鹽隨后封端，防止溶劑的應用，生成了低VOC成分、封閉式率高的水性聚氨酯固化劑。結果顯示，異氰酸酯官能團被徹底封閉式，物質的解封溫度在97.5～130℃中間。

3.2.5別的類封閉劑

氟苯、酰亞胺、內酰胺類也是常見的封閉劑，該類封閉劑關鍵有己內酰胺、乙酰苯胺、N-羥基乙酰胺等。丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮等帶有開朗亞甲基的化學物質根據亞甲基上的開朗氫與異氰酸酯反映也可以具有封閉劑的功效。

四 總 結

伴隨著水性聚氨酯的發展趨勢，水性聚氨酯固化劑也獲得了快速發展趨勢。但水性聚氨酯固化劑仍遭遇的一些難題，如異氰酸酯中NCO官能團易與水產生反映形成CO2，殘余在涂層中危害涂層的外型和減少裝飾藝術能;親水基團的太多引進會造成 涂層的耐潮、耐酸類差，可用期短;在工程施工全過程中封閉劑解封溫度較高。因而，制取水分散化特性好、解封溫度低的性能卓越水性聚氨酯固化劑是將來的關鍵研究內容。

來源于：全世界化工廠GMT