水性聚氨酯分散體的多異氰酸酯交聯(lián)作用

高分子材料的交聯(lián)可以大幅提高材料的物理與化學(xué)性能，對(duì)于水性聚氨酯分散體，由于其受到合成工藝的限制，相對(duì)于溶劑型聚氨酯材料其相對(duì)分子質(zhì)量較低；引入親水基團(tuán)使得分散體膜材料耐水性受到影響，因此水性聚氨酯分散體材料的物理與化學(xué)性能存在先天不足，通過交聯(lián)改性提高其性能就更顯重要。

多異氰酸酯與水性聚氨酯分散體的反應(yīng)更為復(fù)雜，其中一種情況是所制備的水性聚氨酯本身含有大量的羥基，這種水性聚氨酯多元醇與多異氰酸酯的交聯(lián)體系屬于水性雙組分體系，另一種情況是多異氰酸酯對(duì)常規(guī)不含羥基的水性聚氨酯分散體的交聯(lián)。

有研究將與水反應(yīng)活性較低的脂肪族多異氰酸酯或脂環(huán)族多異氰酸酯添加到水性聚氨酯分散體中，常溫干燥獲得膜材料，發(fā)現(xiàn)獲得的膜材料性能確實(shí)表現(xiàn)出交聯(lián)才有的性能改變，如吸水率下降，抗拉強(qiáng)度上升，硬度上升，斷裂伸長(zhǎng)率下降。然而水性聚氨酯結(jié)構(gòu)中并沒有可以與異氰酸酯常溫反應(yīng)的基團(tuán)，水性聚氨酯結(jié)構(gòu)中存在的羧基、氨基甲酸酯基和脲基都不具有與異氰酸酯常溫反應(yīng)的活性。這就出現(xiàn)了一個(gè)疑問，異氰酸酯與這些常規(guī)水性聚氨酯樹脂形成的交聯(lián)到底通過什么方式進(jìn)行？由于常規(guī)水性聚氨酯樹脂中沒有可以與異氰酸酯反應(yīng)的基團(tuán)，異氰酸酯不可能在聚氨酯分子鏈間形成化學(xué)鍵合，多異氰酸酯在常規(guī)水性聚氨酯體系中形成的交聯(lián)實(shí)質(zhì)上是形成了半IPN 物理交聯(lián)。在水性聚氨酯樹脂中添加多異氰酸酯后，多異氰酸酯擴(kuò)散進(jìn)入分散體粒子中，在粒子表面就開始了與水反應(yīng)形成聚脲，成膜后繼續(xù)與水反應(yīng)形成交聯(lián)的聚脲，而這種反應(yīng)是在聚氨酯形成的膜介質(zhì)中進(jìn)行，交聯(lián)的聚脲與聚氨酯鏈形成區(qū)域性半IPN，聚氨酯鏈纏繞在交聯(lián)聚脲網(wǎng)絡(luò)中，形成物理交聯(lián)。

當(dāng)然多異氰酸酯也還是存在與聚氨酯結(jié)構(gòu)中端基反應(yīng)形成化學(xué)交聯(lián)的可能，水性聚氨酯分散體普遍存在氨基、羥基和氨基脲為端基的現(xiàn)象，這些高活性基團(tuán)無疑可以與異氰酸酯迅速反應(yīng)形成交聯(lián)，只是這種交聯(lián)在體系中起次要作用，形成IPN 物理交聯(lián)是多異氰酸酯交聯(lián)的主要交聯(lián)機(jī)理。