水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称作水基聚氨酯、水性聚氨酯分散体（ PUD ）、水溶性聚氨酯等。因其连续相主要为环境友好的水，且具有较好的力学性能，水性聚氨酯在胶粘剂、涂料、油墨和纺织等领域得到了得到了广泛的应用。

作为本文的主角，热活化型水性聚氨酯胶粘剂，则在制鞋、食品包装、汽车内饰、烟包等行业大显身手，尤其是制鞋业，这归功于拜耳的Dispercoll U系列产品，当年的U54产品吸引不少国内公司、研究单位争相模仿，十几年间不少论文、专利发表及一些成果转化。

说到这儿，您可能会问，热活化型水性聚氨酯到底是什么？它的基本组成又是怎样的？

一、热活化型水性聚氨酯基本组成

Figure 1 热熔胶粘接过程示意图

有人称热活化型水性聚氨酯为水性聚氨酯热熔胶，这种叫法也有其合理性，至少从粘接机理上有一定的相似性。 热熔胶常温下是固态，加热到熔融到一定程度能流动，涂布在待粘接表面后贴合、冷却。而热活化型水性聚氨酯则是先涂布在待粘接表面，烘箱或常温干燥，此时成为无溶剂的固态，然后再加热活化、贴合，然后保温或冷却，如Figure 2所示。与热熔胶不同的是，在活化过程中，聚氨酯软链段部分从结晶态转变为非晶态，硬链段的物理交联仍然还在，聚氨酯分子链不发生相对滑移。简单的说，就是原来没有粘性的胶加热后产生粘性，然后可以与材料贴合。这个从不粘到粘的转变温度，也就是理论上的最低活化温度。

如Figure 3所示，热活化水性聚氨酯主要由大分子多元醇、异氰酸酯、亲水扩链剂及少量有机溶剂组成。

Figure 3热活化型水性聚氨酯基本组成

大分子多元醇：一般采用聚酯多元醇，这也是核心原材料之一，相对也比较复杂。

异氰酸酯： IPDI、HDI、HMDI、TDI和MDI，对于热活化型水性聚氨酯，一般混合使用IPDI和HDI。若单独用HDI，产品初粘强度合适，但预聚体粘度大、产品耐热性差、终粘强度弱。

亲水扩链剂：DMPA或DMBA可以满足固含量低于45%的产品需求，若需进一步提高固含量，则需使用磺酸盐型亲水扩链剂。

有机溶剂：在预聚体法合成中一般会添加少量的高沸点溶剂来降低预聚体粘度，如N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基乙酰胺等。在丙酮法合成中则会加入较多量的丙酮，在乳化分散后再通过减压蒸馏脱除，这些回收的丙酮可以再重复利用，这样可以降低成本、减少排放。

二、热活化型水性聚氨酯在汽车内饰里的应用

2012年3月1日，我国正式发布了《乘车内空气质量评价指南》GB/T27630-2011，对汽车内VOC含量提出较严格的限制。

表1 汽车内VOC主要来源

如表1 所示，汽车内VOC最主要的来源是涂料和胶粘剂中的有机溶剂，在汽车内饰胶领域，各国汽车化工研究人员均花费相当大的精力进行环保型的水性胶粘剂的开发。

这一类产品在使用时一般会配合水可分散的异氰酸酯固化剂，混合比为100/4.5-6.5，混合后一般要在8h内混合完毕。然后均匀喷涂在待粘接表面（单面/双面喷涂），涂胶量一般控制在80-100g/cm3。50-70℃条件下干燥活化后，再在一定压力、温度条件下贴合。最后在室温或稍高温度的条件下保存至少24h，这样让固化剂和树脂、基材充分固化交联。

三、热活化型水性聚氨酯的性能指标及代表产品

了解到热活化型水性聚氨酯在汽车内饰方面的应用，又该如何选择合适的热活化型水性聚氨酯胶粘剂产品呢？选择依据有哪些呢？

一款好的产品不一定适用所有的工艺及用途，关键是将产品及应用相结合。对于耐热性较差的真皮、PVC等基材，优先考虑的是活化温度低的产品；而对于热压温度较高的应用，耐热性显得更为重要；对于异型材处的粘接，考虑更多的是初粘力等因素。

1. 最低活化温度及耐热性

最低热活化温度即是使胶层从不粘到粘的转变温度，它的重要性体现在一方面能保护基材，另一方面也可以减少能耗。如下表所示，拜耳提供了一系列不同最低活化温度的产品。

大家是否在疑惑：如何验证与测试最低活化温度呢？这里微谱技术工程师给您介绍一种简单的方法：将成膜后的胶裁成两小块，放入 40 ℃烘箱内活化 30min ，然后将两小块胶叠放，轻触使之接触，这时如果撕开胶块需要一定的力量，则可以认为产品的最低活化温度在此温度以下，如果没有，则升高 5 ℃，重复上述操作。

对于热活化温度较低的产品，其耐热性可能相对较差，固化剂的加入可以有所改善，一般添加量为乳液的5%左右。除了耐热性，制品的最终剥离强度也会显著提高。

2. 结晶速率和结晶度

结晶度是热活化型水性聚氨酯的又一个重要参数，它直接影响了粘接强度等性能，结晶速率则会对产品的初粘有较大影响。影响结晶度的因素有很多，如聚酯多元醇的合成单体、分子量，软/硬段配比等，而对于结晶度的测试方法也有很多，最常用的方法就是DSC测试。

下图为拜耳的一些常见产品的结晶度对比

活化温度、耐热性、结晶速率、结晶度等性能均受产品分子结构调控，这也引导着我们从结构解析的角度去理解选用热活化型水性聚氨酯的依据，下图即是微谱实验室剖析水性聚氨酯的一般流程，去探索分子层面的秘密。

微谱分析剖析水性聚氨酯的流程图