聚氨酯異氰酸酯與水的反應(yīng)

德國化學(xué)家A.Wurtz認(rèn)為，異氰酸酯與水反應(yīng)，首先生成不穩(wěn)定的氨基甲酸，然后由氨基甲酸分解成二氧化碳及胺。若在過量的異氰酸酯存在下，所生成的胺與異氰酸酯繼續(xù)反應(yīng)生成取代脲。它們的反應(yīng)過程表示如下：

R—NCO+H2OR—NHCOOHR—NH2+CO2↑

R—NH2+R—NCOR—NHCONH—R

（1）異氰酸酯與水反應(yīng)的應(yīng)用　由上述反應(yīng)式可見，1個水分子可與2個NCO基團反應(yīng)，即水可看作是一種擴鏈劑或固化劑，使分子鏈增長，形成聚合物（聚脲）。端NCO聚氨酯預(yù)聚體與水反應(yīng)的產(chǎn)物是聚氨酯脲。

1mol（18g）水與1mol二異氰酸酯（如TDI 174g或MDI 250g）反應(yīng)，生成1mol（22.4L）的二氧化碳。由此可見，少量的水可消耗大量的二異氰酸酯，并產(chǎn)生大量氣體。

在異氰酸酯、端NCO預(yù)聚體（包括各種含NCO的產(chǎn)品）的貯存中，空氣中的水分及容器壁附著的水分會使NCO含量降低，使預(yù)聚體黏度變大甚至凝膠；并且，產(chǎn)生的二氧化碳氣體還會使容器脹罐，故異氰酸酯及預(yù)聚體在貯存過程中應(yīng)隔絕潮氣。在合成聚氨酯預(yù)聚體及各種產(chǎn)品時，聚酯或聚醚多元醇、溶劑、填料等原料中的水分應(yīng)控制在很低的范圍，否則，會引起設(shè)計計量的嚴(yán)重失準(zhǔn)，得不到所需分子量的產(chǎn)物。

二異氰酸酯與水反應(yīng)生成二氧化碳氣體的原理被用來制備聚氨酯泡沫塑料，濕固化聚氨酯涂料及膠黏劑一般也利用異氰酸酯及與水的緩慢擴鏈反應(yīng)。在水性聚氨酯的合成中，甚至在特殊的彈性體制備中也采用水作擴鏈劑。

（2）影響反應(yīng)速率的因素　異氰酸酯與水的反應(yīng)活性受異氰酸酯結(jié)構(gòu)、反應(yīng)混合物中水的濃度、溫度、催化劑等多種因素影響。

（3）與羥基相似，反應(yīng)混合物中水的濃度增加，可使反應(yīng)速率增加。在一定反應(yīng)物濃度下提高反應(yīng)溫度當(dāng)然也使反應(yīng)速率常數(shù)增加。水與異氰酸酯的反應(yīng)活性比伯羥基低，與仲羥基的反應(yīng)活性相當(dāng)。在無催化劑時，由于水與異氰酸酯的親和度差，反應(yīng)速率較慢。在催化劑的存在下，異氰酸酯與水的反應(yīng)可加速進行，胺類催化劑的催化活性比辛酸亞錫的高，幾種叔胺的高低催化活性順序為：三亞乙基二胺>四甲基丁二胺>三乙胺>N-烷基嗎啉。