水性聚氨酯分散体的多异氰酸酯交联作用

高分子材料的交联可以大幅提高材料的物理与化学性能，对于水性聚氨酯分散体，由于其受到合成工艺的限制，相对于溶剂型聚氨酯材料其相对分子质量较低；引入亲水基团使得分散体膜材料耐水性受到影响，因此水性聚氨酯分散体材料的物理与化学性能存在先天不足，通过交联改性提高其性能就更显重要。

多异氰酸酯与水性聚氨酯分散体的反应更为复杂，其中一种情况是所制备的水性聚氨酯本身含有大量的羟基，这种水性聚氨酯多元醇与多异氰酸酯的交联体系属于水性双组分体系，另一种情况是多异氰酸酯对常规不含羟基的水性聚氨酯分散体的交联。

有研究将与水反应活性较低的脂肪族多异氰酸酯或脂环族多异氰酸酯添加到水性聚氨酯分散体中，常温干燥获得膜材料，发现获得的膜材料性能确实表现出交联才有的性能改变，如吸水率下降，抗拉强度上升，硬度上升，断裂伸长率下降。然而水性聚氨酯结构中并没有可以与异氰酸酯常温反应的基团，水性聚氨酯结构中存在的羧基、氨基甲酸酯基和脲基都不具有与异氰酸酯常温反应的活性。这就出现了一个疑问，异氰酸酯与这些常规水性聚氨酯树脂形成的交联到底通过什么方式进行？由于常规水性聚氨酯树脂中没有可以与异氰酸酯反应的基团，异氰酸酯不可能在聚氨酯分子链间形成化学键合，多异氰酸酯在常规水性聚氨酯体系中形成的交联实质上是形成了半IPN 物理交联。在水性聚氨酯树脂中添加多异氰酸酯后，多异氰酸酯扩散进入分散体粒子中，在粒子表面就开始了与水反应形成聚脲，成膜后继续与水反应形成交联的聚脲，而这种反应是在聚氨酯形成的膜介质中进行，交联的聚脲与聚氨酯链形成区域性半IPN，聚氨酯链缠绕在交联聚脲网络中，形成物理交联。

当然多异氰酸酯也还是存在与聚氨酯结构中端基反应形成化学交联的可能，水性聚氨酯分散体普遍存在氨基、羟基和氨基脲为端基的现象，这些高活性基团无疑可以与异氰酸酯迅速反应形成交联，只是这种交联在体系中起次要作用，形成IPN 物理交联是多异氰酸酯交联的主要交联机理。