水性聚氨酯主要合成方法-預(yù)聚體法

-NCO的共振式如圖（1）所示，可以看出碳原子上帶有正電荷，-NCO是親電子反應(yīng)試劑。含有活潑氫的化合物(H-Y)與-NCO的反應(yīng)本質(zhì)上屬于親核加成反應(yīng)，親核的-Y進(jìn)攻-NCO上的碳原子，再經(jīng)過氫原子的轉(zhuǎn)移將氫原子轉(zhuǎn)移到碳原子，形成氨基甲酸酯鍵，反應(yīng)通式如圖（2）所示。圖（3）列出了常見的-NCO與含活潑氫化合物(羥基、氨基、羧基、水等)的基本反應(yīng)方程式。水性聚氨酯的合成方法主要包括預(yù)聚體法、丙酮法和熔融分散法。

一、預(yù)聚體法

預(yù)聚體法又叫乳化法，是將親水基團(tuán)引入到由-NCO封端的PU預(yù)聚體中，合成過程中使用少量有機(jī)溶劑降低聚合物粘度。在合成過程中，首先將適量的含活潑氫的化合物與過量的二異氰酸酯反應(yīng)，合成中等分子量的聚合物；然后，將親水基團(tuán)作為內(nèi)部乳化劑加入預(yù)聚體中進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)鏈反應(yīng)，使PU分子鏈含有親水基團(tuán)，容易在水中乳化；擴(kuò)鏈后，將PU分子鏈在水中進(jìn)行乳化分散。典型的預(yù)聚體法的合成過程如圖（4）所示。在該方法中，PU分子鏈在非均相中延伸，親水性的-NCO封端的PU預(yù)聚體在水相中進(jìn)行分散。由脂肪族二異氰酸酯制得的聚氨酯預(yù)聚體因與水反應(yīng)的活性低而被廣泛使用。預(yù)聚體法常用在涂料工業(yè)領(lǐng)域，用于合成水性聚氨酯涂料。

為了成功應(yīng)用該方法，一方面要控制好預(yù)聚體的粘度，預(yù)聚體粘度過高會導(dǎo)致分散困難，不利于后期乳化，所以，在采用預(yù)聚體法合成WPU的過程中，通常要使用12~15wt%的有機(jī)溶劑(二甲基甲酰氨或N-甲基吡咯烷酮)來降低PU聚合物的粘度，便于后期乳化。另一方面，由于-NCO基團(tuán)會與水發(fā)生副反應(yīng)，所以乳化步驟必須在短時間內(nèi)完成，而且，乳化溫度不高于水與-NCO基團(tuán)反應(yīng)的臨界點溫度。在使用預(yù)聚體法合成過程中，對聚合物粘度的控制是必不可少的。