聚氨酯胶粘剂是指主组分为分子链中含有多个氨基甲酸酯基、脲基甲酸酯基等基团的高分子物的一类胶粘剂,它是多元异氰酸酯和多元醇相互作用的产物。并具有很高的反应性，能常温固化。胶膜坚韧，耐冲击，挠曲性好，剥离强度高，有很好的耐超低温性，耐油和耐磨性等，故它不仅可以胶接聚氨酯海绵和聚氨酯橡胶，而且能胶接橡胶与织物、橡胶与金属、金属与金属、金属与陶瓷、木材与木材和橡胶与塑料等[1]。溶剂型聚氨酯胶粘剂由于有机溶剂易挥发、气味大、易燃烧，污染空气，可能造成人身的毒害与危险。自70年代以后，地球环境保护问题的日益严峻，人们的安全和环保意识的加强，科研工作者越来越重视水性聚氨酯胶粘剂的开发和应用。水性聚氨酯最早由德国科学家Schlack在1943年制备成功，水性聚氨酯主要应用于皮革涂饰、纸张涂层、钢材防锈、纤维处理等方面。由于水性聚氨酯以水为介质，因此其具有无毒、不易燃、环境友好、成本低等优点[2]。 一、水性聚氨酯胶粘剂的性能特点
与溶剂型聚氨酯胶粘剂相比，水性聚氨酯胶粘剂除了上述的无溶剂臭味、无污染等优点外，还具有下述特点。
（1）大多数水性聚氨酯胶粘剂中不含NCO基团，因而主要是靠分子内极性基团产生内聚力和粘附力进行固化。而溶剂型或无溶剂单组分及双组分聚氨酯胶粘剂可充分利用NCO的反应、在粘接固化过程中增强粘接性能。水性聚氨酯中含有羧基、羟基等基团，适宜条件下可参与反应，使胶粘剂产生交联。
（2）除了外加的高分子增稠剂外，影响水性聚氨酯粘度的重要因素还有离子电荷、核壳结构、乳液粒径等。聚合物分子上的离子及反离子(指溶液中的与聚氨酯主链、侧链中所含的离子基团极性相反的自由离子距离保护)越多，粘度越大；而固体含量(浓度)、聚氨酯树脂的分子量、交联剂等因素对水性聚氨酯粘度的影响并不明显，这有利于聚氨酯的高分子量化，以提高胶粘剂的内聚强度。与之相比，溶剂型聚氨酯胶粘剂的粘度的主要影响因素有聚氨酯的分子量、支化度、胶的浓度等。相同的固体含量，水性胶粘剂的粘度较溶剂型胶粘剂小。
（3）粘度是胶粘剂使用性能的一个重要参数。水性聚氨酯的粘度一般通过水溶性增稠剂及水来调整。而溶剂型胶粘剂可通过提高固 含量、聚氨酯的分子量或选择适宜溶剂来调整。
（4）由于水的挥发性比有机溶剂差，故水性聚氨酯胶粘剂干燥较慢，并且由于水的表面张
力大，对表面疏水性的基材的润湿能力差。若当大部分水分还未从粘接层、涂层挥发到空气中，或者被多孔性基材吸收就遽然加热干燥，则不易得到连续性的胶层。由于大多数水性聚氨酯胶是由含亲水性的聚氨酯为主要固体成分，且有时还含水溶性高分子增稠剂，胶膜干燥后若不形成一定程度的交联，则耐水性不佳。
（5）水性聚氨酯胶粘剂可与多种水性树脂混合，以改进性能或降低成本。此时应注意离子型水性胶的离子性质和酸碱性，否则可能引起凝聚。因受到聚合物间的相容性或在某些溶剂中的溶解性的影响，溶剂型聚氨酯胶粘剂只能与为数有限的其他树脂胶粘剂共混。
（6）水性聚氨酯胶粘剂气味小，操作方便，残胶易清理，而溶剂型聚氨酯胶粘剂使用中有时还需耗用大量溶剂，清理也不及水性胶方便。
二、按照较成熟的应用形态区分，水性聚氨酯胶粘剂目前可分为3类[3]：
（1）可水分散性多异氰酸酯胶粘剂，其主要成分为含亲水基团、可自动分散于水的多异氰酸酯；其主要用于人造板制造和其他类型水性聚氨酯胶粘剂的固化剂； （2）乙烯基聚氨酯水性胶粘剂，其是乙烯基水性高分子乳液一多异氰酸酯双组分胶粘剂，
主要用于木材粘接；
（六氢邻苯二甲酸酐3）水分散性聚氨酯胶粘剂，PUD胶粘剂是高相对分子质量聚氨酯树脂溶于或分散于水中形成的稳定的水分散液为主体成分的胶粘剂，这一类是真正意义上以水分散性聚氨酯树脂为基础的水性聚氨酯胶粘剂，是一般溶剂型聚氨酯胶粘剂的替代品。
三、 水性聚氨酯胶粘剂的制备方法[4]
水性聚氨酯的制备工艺主要分为五类：强制乳化法、预聚体混合法、丙酮法、熔融分散法和封端异氰酸酯法，其中最常用的是预聚体混合法。
（1）外乳化法
先制成适当分子质量的聚氨酯预聚体或溶液，然后加入乳化剂，在强烈搅拌下强制性地将其分散于水中，制成PU乳液或分散液。预聚体的黏度愈低，愈易于乳化，加入少量可溶于水的有机溶剂也有益于乳化。最好的方法是在乳化剂的存在下将预聚体和水混合，冷却到5电水壶温控器℃左右，然后在均化器中使之分散成乳液。由于此法制得的PU乳液中的大部分一NCO端基在相当长的时间内保持稳定，且胺基与一NCO基的反应比水快了一个数量级，因此，外
乳化法在多数情况下可在水中扩链，生成高相对分子质量的聚氨酯一聚脲乳液。此法的关键之一是选择合适的乳化剂。这种聚氨酯分散液极其粗糙且很不稳定，残留的亲水性小分子乳化剂还影响固化后聚氨酯胶膜的性能。
（2） 甲醇燃料灶自乳化法
自乳化法是在聚氨酯分子中引入亲水基团或带有亲水基团的扩链剂(称为内乳化剂)，中和成盐，直接将其分散于水介质中即可形成稳定的乳液。自乳化法又可分为预聚体、丙酮法、熔融分散法 、酮亚胺一酮连氮法和端基保护法等。
预聚体法：
该工艺是在不加或少加溶剂的情况下，将多异氰酸酯、聚醚或聚酯多元醇和亲水性单体同时反应制成端异氰酸酯的预聚物。这一过程适合于低黏度预聚体，若黏度控制不好很难进行分散。这种方法得到的产品性能通常比丙酮法差。受黏度限制，预聚体的分子质量不能太高，否则会导致预聚体中一NCO基团含量高，乳化后形成的脲键多，胶膜硬。
熔融分散法：
熔融分散法是一种不需溶剂的制备方法。该工艺是将聚酯多元醇、聚醚多元醇或含叔胺基团、离子基团的二元醇与二异氰酸酯反应，合成含叔胺基团或离子基团的端一NCO基预聚物，再与尿素或氨气在本体中反应，生成聚氨酯双缩二脲或含离子基团的端脲基低聚物。熔融分散法是制备聚氨酯乳液的一种新方法，工艺还不成熟，目前应用并不广泛。
酮亚胺一酮连氮法：
将亚胺或二胺与酮类试剂反应，分别生成酮亚胺或酮连氮，在水分散前将潜伏型胺(酮亚胺或酮连氮)加入离子型聚氨酯预聚物中，在水分散时，酮亚胺、酮连氮遇水分解，生成二胺或肼，使扩链过程与分散过程同时进行，生成扩链的聚氨酯一脲。该法的优点是在每个分散体的微粒中，潜在的反应基团已经以相应的速率出现，使链扩展过程与分散体的形成同时发生，并且保证反应的稳定进行。缺点是合成工艺过程复杂，需借助强力分散。
端基保护法：
该工艺将端一NCO预聚体用肟、内酰胺、乙酰乙酸酯等封端后，将其乳化在水中。在使用时，通过加热使一NCO解封，与基材上的活泼氢反应，产生交联。这种方法关键是要到合适的封闭剂。
丙酮法：
先制得端NCO基的高黏度预聚体，加入丙酮、丁酮、四氢呋喃等低沸点溶剂以降低黏度，增加分散性，同时充当油性基和水性基的媒介。然后用亲水单体进行扩链，在高速搅拌下加入水，通过强力剪切作用使之分散于水中。乳化后减压蒸馏回收溶剂，即可制得聚氨酯分散体。选择丙酮作溶剂是因为它对聚氨酯的合成反应呈惰性，与水可混溶且沸点低。丙酮法的反应在均相进行，易于控制，适用性广，结构及粒子大小可变范围大，批间再现性好，容易获得所需的性能，是目前常用的制备方法之一。
四、水性聚氨酯胶粘剂存在问题[5]
（1） 滴胶标牌固含量低
目前国内生产的水性聚氨酯胶粘剂的固含量一般为20％～4o％，怎样能把其固含量提高到50％以上是国内研究者着重要突破的瓶颈之一，因为提高固含量往往会导致预聚体粘度过大，从而造成乳化分散困难，容易凝胶。
（2）耐水性差
由于水性聚氨酯含有亲水基团，其耐水性不佳，所以要对其进行改性以提高其耐水性。为改善其耐水性，措施有很多种。第一种措施是无皂型异性离子中和剂。如果用低沸点物质例如氨、三甲胺、醋酸等更好，能形成一屏蔽物。因为这些低沸点物质很容易脱除，生成无皂基团，其耐水性就能提高。第二种措施就是交联，由内、外两种交联，这种方法很有效。
（3） 初粘性低
水性聚氨酯胶粘剂的初粘性低也是阻碍其广泛应用的原因之一。添加增粘树脂如松香、环氧树脂、萜烯树脂等进行共混和共聚改性，可以提高其初粘性，向水性聚氨酯胶粘剂中加入水溶性增稠剂也可以提高粘度，相对应的能提高其初粘性。
（4） 实验室升降台固化速率慢
由于水性聚氨酯胶粘剂中含有大量的水，而水的比热和蒸发潜热高，所以水分挥发、干燥比较慢，固化时间久。提高固化速率的途径很多，例如可以添加水溶性增稠剂和提高固含量都可以增大其粘度，粘度大的胶粘剂相对于小的来说干燥固化速率快很多。添加增粘树
脂也不失为一种提高固化速率的好办法。另外乳液中残留的少量低毒性有机溶剂(如丙酮)也可以加快固化速率。
五、水性聚氨酯改性
改性方法主要分为：交联改性、共混改性、共聚改性和助剂改性。[6]
（1）交联改性:是通过化学键的形式将线型的聚氨酯大分子连接在一起，形成具有网状结构的聚氨酯树脂，是将热塑性的聚氨酯树脂转变为热固型树脂较有效的一种途径。按照交联方法的不同可将其分为内交联法和外交联法。
（2） 共混改性
为了降低成本、改善聚氨酯的某些性能，可以把水性聚氨酯胶粘剂与其他水性树脂共混改性，但要注意离子型水性胶粘剂的离子性质和酸碱度，以免共混时引起凝胶。水性聚氨酯可与如丙烯酸酯乳液、氯丁胶乳、EVA乳液、环氧树脂乳液、水性脲醛树脂等其他水性树脂共混，组成新的高性能水性胶粘剂。
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