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(gè)水分子可與2個(gè)NCO基團(tuán)反應(yīng)，即水可看作是一種擴(kuò)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(huì)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?xì)怏w還會(huì)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(shí)，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(huì)引起設(shè)計(jì)計(jì)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?xì)怏w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(kuò)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(kuò)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(shí)，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(jìn)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?yàn)椋喝齺喴一?/font>>四甲基丁二胺>三乙胺>N-烷基嗎啉。