1.现有生产工艺缺陷
   PUD问世以来，在众多研制人员不断创新、不断革新的辛勤劳动下，已成功地应用于涂料和乳胶漆、皮革和织物涂饰剂、乳胶手套涂饰剂、油墨和胶粘剂等领域，已被公认为一类十分有意义的工业产品，深受各界的青睐。事物总有其两重性，以笔者拙见，目前PUD尚普遍存在以下问题：
( 1 ) 因难以控制分散体胶粒粒度及其分布，制品批间质量波动较大；
( 2 ) 制品固体质量分数尚低，水质量分数较高，致使干燥速度缓慢，限制应用；
（3）活化温度过高，不适用于对热敏感的材料；
（4）初粘接性欠佳，施胶粘接工艺生产率低，难以满足现代高速生产线要求；
（5）最终粘接强度普遍不如溶剂型胶种，仅限于低强度要求的场合应用；
（6）制品贮存、冻融稳定性不够理想，有些品类对电解质、pH敏感；
（7）耐热性不够理想，是一般聚氨酯（PU）的通病；
（8）价格尚贵；
（9）最终产品中虽不含或少含有机溶剂，但现行大多数生产工艺中，却仍使用有机溶剂；为便于去除，常用丙酮之类有机溶剂。该溶剂沸点低，挥发性高，较难回收利用；又属易燃易爆品，蒸除溶剂时乳液内经常混入气泡，较难消除。因此，仍未彻底解决有毒有害有损环保问题。虽可采用高沸点溶剂N-甲基吡咯烷酮，以缓解预聚物粘度过高难以分散于水中的缺陷，且可留于产品中，勿需蒸除，但其价格不菲，增加成本，又有一种令人不愉快的胺味。

2 解决措施
    PUD是一种二元胶体体系，其中PU颗粒分散于连续水相中。聚合物的亲水性程度是决定PUD胶粒粒径大小和分布的关键之一。通常，随亲水基团总含量提高，粒径变小。PUD胶体贮存稳定性，必然也受其粒径分布影响。增加内、外乳化剂，可改善PUD贮存期，但对耐水等性能不利。因此，多年来，研制者从多方面将其改性，以期改善其某一性能。解决措施大别为二：一从PU基料树脂入手，引入适当功能性基团或分子链，构成杂化聚合物；二从合成工艺考虑，选择适宜工艺方法。今分别简介于下。

2.1. 构成杂化聚合物
   根据不同改性目标，如降低成本、提高某一特性或扩大某一应用领域，可采用相异的树脂如乙烯基、硅氧烷、有机氟和环氧等进行杂化。

2.1.1 丙烯酸酯聚合物杂化
    人们将聚氨酯和聚丙烯酸酯杂化乳液（PAc-PUD）誉之为第三代水性PU，是国内外现阶段研发热点。
丙烯酸酯聚合物乳液（PAc），尤其是单组分制品，固体质量分数高，机械作用下流动性和可操作性优良，适用期长，为其他水性树脂制品所不及。其树脂分子质量通常较高，胶膜剪切强度高。因其聚合物主链是碳-碳键结构，具有卓越的耐候、受光不变色、耐水和耐碱性能，其硬度较高，原料单体易得、价廉，已广泛用作涂料、纸张和织物整理剂、水泥添加剂等。然而，由于它是借助自由基聚合而成，多种单体在聚合物分子链中的排列无规则，分子链中又缺乏强氢键形成，大部分PAc交联度低，胶膜的耐溶剂性较差，高温易发粘，低温易发脆，粘接强度低，其弹性和耐磨性也次于PUD。
    为克服PAc和PU两水性树脂制品缺陷，保留它们固有的优良特性，世界各国科研工作者致力于研究开发杂化型水性制品，以发挥各自优势，克服各自缺点，达到性能互补，满足日益发展的现代工业所需。高性能PAc-PUD的协同效应显著，其制品兼有高硬度、高柔韧性和高抗湿应力，耐水解和耐候性也得到大幅提高。
目前采用的杂化途径有共混、共聚或接枝等法。共混法制备步骤较多，工艺复杂，每个制造环节均可影响产品质量，被认为不够理想。近期大多采用在PUD中乳化聚合丙烯酸酯单体，制备PAc-PUD的方法。由加成聚合、分散后所得的PUD,其憎水链相对集中于胶粒内，而亲水性离子基团分布在胶粒表面。加入丙烯酸酯单体后，由于亲水-憎水效应，丙烯酸酯单体进入PU胶粒内进行自由基聚合反应，形成具有核壳复相结构胶粒的PAc-PUD。这一核壳结构赋予乳液优异性能。如何采用适宜的工艺条件将两种不同的聚合原理结合，使其形成理想的核壳复相结构胶粒，是PAc-PUD的制备关键。研究表明，为达此目标，既要采用独特工艺，又要选用特种原料。在PAc-PUD复合材料中，PU硬段因与PAc极性相似，又能形成氢键，两者具有良好的相容性，增加PAc质量分数，有利于提高胶层的模量和强度。国内外均有工业产品，具代表性的有 Rohm and Haas PAc/PU杂化乳液，其双组分可用于食品软包装复合工业。该公司报道[1]，氢键和适宜的交联密度是获得良好复合粘接性的关键。PAc/PU杂化体系中，PU可实现交联反应，且含有氢键，故其内聚强度、剥离强度、剪切强度以及耐热性、耐水性和耐包装袋内含物均比单组份PAc胶粘剂强，与溶剂型PU相比，其粘接性能相当。高剪切强度可使复合薄膜复合速度提高到300m/min,提高复合生产效率。这些优越性能，加之价格较廉，使其在食品软包装复合工业中具有较强竞争力。

2.1.2水性高分子-异氰酸酯
    1973年日本光洋产业等3家公司开发成功乙烯基PUD。自1975年该产品投入市场后，在管柱、集成板材、木质装饰板、胶合板以及木工等行业作为无甲醛型水性胶粘剂，代替原用的溶剂型PU和PAc乳液。1985年3月，日本制定了水性乙烯类PU标准JISK6806，将其命名为水性高分子-异氰酸酯系木材胶粘剂。随可水分散异氰酸酯（如PMDI或称PAPI）固化剂的开发成功，基料树脂由乙烯类扩大至聚乙烯醇水溶液中，掺入SBR、丙烯酸酯乳液或EVA共聚树脂乳液等热塑性树脂乳液，使该类PUD用量剧增，并保持持续增长态势。现该技术已传播到欧美等国家和地区。表1展示，日本接着剂工业会调查的日本水性高分子-异氰酸酯系胶粘剂近年生产量[2,3]。
    可水分散异氰酸酯除PMDI外，尚有HDI、IPDI、MDI等。终端应用对象也向高附加值领域拓展。乳液基料树脂和异氰酸酯品类，对胶粘剂适用期和粘接性均有影响。若乳液粒径小，主剂和固化剂能均匀地分散，反应时可得耐水性和耐热性优良的粘接效果。若使用与水反应慢的IPDI，则适用期变长。粒子板粘接时，多用PMDI，采用喷雾法。

2.1.3 有机硅聚合物杂化
    聚硅氧烷（PSi）俗称有机硅，是一类分子结构特殊的化合物，它既含有有机基团，又含有无机Si-O结构，集有机物与无机物功能于一体，有利于与有机和无机化合物偶联，有利于与无机基材如玻璃、混凝土和金属等粘接；它具有优异的介电性、气体渗透性、高温稳定性、低温柔韧性、高弹性和可塑性、耐UV性和耐候性等；表面能低，生物相容性、防水性和表面防污染性突出。但PSi分子链间作用力较小，导致力学性能不够理想（纯聚二甲基硅氧烷，PDMS仅0.2-0.5MPa），与基材的粘附性也较差。
若将PSi和PU两者结合形成杂化物，应可获得物理机械性能互补的材料。这些材料集两类化合物之长，形成具有低玻璃化转变温度和低表面能，改进了的热稳定性、光化学稳定性、低吸水性，且对生理健康无碍的新型材料。
    该杂化物的最大特点是，与纯PUD相比，其耐水性和耐温性得到大幅提升。众多研究者将前者胶膜经表面水接触角测试，结果比后者有较大增高，表明材料的疏水性即耐水性提高。另经光电子能谱（ESCA）检测所得数据显示，杂化物的10nm膜表面硅原子的含量远大于理论计算值，说明PU链上的硅氧烷链段明显向表面富集，硅的表面取向更甚。微观检测结果进一步证明杂化物耐水性得以提高的缘由[4]。
富集于分散液表面的硅氧烷基团，在一定条件下水解生成硅醇，后者缩合形成-Si-O-Si-交联结构，增强胶膜表层的致密度。这就是杂化物得以提高耐热性的缘由。有试验表明[5]，含2.5%硅氧链段的PSi-PU，失质量10%的温度为261℃（氮气）或252℃（空气）。PSi-PUD尚具有一定阻燃性，燃烧残留物是无机二氧化硅，不释放有毒、有腐蚀性物质。
    总之，杂化物的耐温性、耐水性和低温柔韧性优于PUD，而机械强度和耐磨性优于PSi。
杂化物的上述优点早已吸引众多研究者孜孜以求。制作的难点是，PU与PSi两者的溶解度参数相差较大，存在两树脂相容性较差，体系处于两相严重分离的缺陷；二是含有羟甲基或羟乙基官能团的有机硅，极易在水相中水解、缩合凝胶，致使杂化物贮存稳定性极差，应用受阻。解决的途径[5,6]是，选择合理分子结构、具有极性基团的有机硅作硅氧烷结构单元，如含功能基团的有机硅氧烷，即硅烷偶联剂。其结构可用Y-R-Si(X)3通式表示。X代表甲氧基、乙氧基等可水解基团；Y代表氨基、环氧基等反应基团。或采用多种聚醚与含极性的硅氧烷二元醇作混合软段，能提高两链段的相容性，改进制品胶膜的力学性能。可采用羟基不与硅原子直接相连或含具有空间障碍结构的有机硅，由其制得的PSi-PUD，可降低对水的敏感性，提高产品稳定性。有专利介绍[7]，体系中加有水解抑制剂，也可起到一定的水解抑制作用。为得到较高强度胶膜，需通过二胺或二羟基化合物扩链改性。

2.1.4 其他
   用以改性PUD的聚合物或化合物很多，如含环氧树脂、有机氟树脂、有机硅-丙烯酸酯树脂或环氧-丙烯酸酯树脂等乳液，均可有效地提高PUD的某些性能。近期开发的PUD-蒙脱土、PUD-二氧化硅等纳米复合材料，使PUD性能更上一台阶。掺入微量高效对路的助剂，更可起到不可估量的作用。限于篇幅与学识，本文就不一一作介绍。

2.2 改进合成工艺
    聚氨酯制造工艺，按反应介质可大别为两类：有机溶剂型和无溶剂或无有机溶剂环保型。可持续发展工业已被各国政府普遍重视和民众极大关注。涉及到聚氨酯工业，各界研究者纷纷研发非有机溶剂型制备方法，以作为减少环境污染的措施之一。
    目前90%以上工业生产线采用的间歇工艺，依托于高剪切搅拌器，耗用大量能源。因分散液并非立即形成，需保持较长时间，后果是在此高剪切力作用下，异氰酸酯难免与水反应，导致体系的不稳定性，且对分散液性能起负面影响。鉴此，在上世纪80年代末以来，Bayer等公司推出一系列专