在水性聚氨酯的合成工藝中，聚氨酯分子鏈結(jié)構(gòu)常呈現(xiàn)為線型或微交聯(lián)狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致了分子量較小，交聯(lián)度相對較低，這正是水性聚氨酯與溶劑型聚氨酯在材料性能上表現(xiàn)出差異的主要原因。傳統(tǒng)的聚氨酯涂料奈曼固化劑多為溶劑型，這些溶劑在固化過程中的揮發(fā)不僅會導(dǎo)致大氣污染，而且絕大部分有機(jī)溶劑具有潛在的毒性，對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。此外，盡管水性聚氨酯通過引入親水疏水鏈段能夠部分乳化溶劑型聚氨酯奈曼固化劑，但總體而言，溶劑型聚氨酯固化劑在水中的分散性較差，難以形成穩(wěn)定的體系，甚至在施工前就可能發(fā)生相分離。

水性聚氨酯固化劑，更準(zhǔn)確地來說，應(yīng)被稱為水分散型多異氰酸酯或親水改性聚異氰酸酯。它憑借出色的水可分散性，在環(huán)保涂料領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。近年來，隨著公眾環(huán)保意識的不斷提高，以及對揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放的嚴(yán)格限制，推動了低污染、高性能的環(huán)保型水性涂料的研發(fā)進(jìn)程，同時也促進(jìn)了水性異氰酸酯固化劑的快速發(fā)展。這種固化劑不僅能夠滿足環(huán)保要求，還具備優(yōu)異的性能，為水性聚氨酯涂料的廣泛應(yīng)用提供了有力支持。

水性聚氨酯固化劑的研發(fā)初衷是通過引入親水基團(tuán)對多異氰酸酯進(jìn)行化學(xué)改性，以確保最終產(chǎn)品中仍然保留有活性的異氰酸酯基團(tuán)。然而，由于異氰酸酯基團(tuán)極易與水分子發(fā)生反應(yīng)，這一初衷在實(shí)踐中一直難以達(dá)成。在早期的嘗試中，科研人員采用陽離子型、陰離子型或非離子型的乳化劑來促使多異氰酸酯能夠分散于水體系中。但這種方法存在諸多弊端，如乳化劑使用量大、分散后的顆粒較為粗糙、儲存穩(wěn)定性不佳、膠層的物理機(jī)械性能不理想以及耐水性差等。

直到20世紀(jì)90年代初期，P.B.Jacobs和P.C.Yu取得了重要突破。他們利用聚乙二醇單甲醚對三聚HDI進(jìn)行改性，成功制備出了一種能夠在水中良好分散的親水性多異氰酸酯固化劑。這種固化劑不僅可以在水中均勻分散，而且能夠長期保持穩(wěn)定性，不發(fā)生相分離或沉淀。他們的這一發(fā)明為水性聚氨酯固化劑的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，推動了水性涂料行業(yè)的發(fā)展。

親水改性的多異氰酸酯固化劑是通過將帶有親水基團(tuán)的物質(zhì)與多異氰酸酯進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，合成出具有特殊結(jié)構(gòu)的新型多異氰酸酯。這種新型多異氰酸酯能夠與水混合，混合后，其親水基團(tuán)會傾向于朝向水相，形成一層保護(hù)層，防止異氰酸酯基團(tuán)與水直接接觸。同時，由于親水基團(tuán)帶有同種電荷，它們之間會相互排斥，從而確保多異氰酸酯在水中的分散相處于穩(wěn)定狀態(tài)。在此過程中，親水基團(tuán)的選擇至關(guān)重要，根據(jù)親水基團(tuán)電荷的性質(zhì)，水性聚氨酯固化劑通常被分為以下三大類：

（1）非離子型：Jacobs等人研發(fā)的就是非離子型水性聚氨酯固化劑，這也是目前市場上最為常見和廣泛應(yīng)用的水性固化劑之一。通過氨基甲酸酯反應(yīng)，將含有環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷等親水基團(tuán)的物質(zhì)引入多異氰酸酯中，使其具備親水性能。通常，會使用一個摩爾的親水聚醚多元醇，如聚乙二醇（PEG）、聚丙二醇（PPG）、聚乙二醇單丁醚或環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的共聚物，與兩個多異氰酸酯分子進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。這種固化劑能夠有效提高聚異氰酸酯的官能度，并且僅需少量聚醚醇即可使產(chǎn)品達(dá)到理想的分散性，適用于多種應(yīng)用場景。然而，由于此類固化劑的異氰酸酯平均官能度較低，所得到的膠膜交聯(lián)密度較小，因此在耐化學(xué)品性等方面表現(xiàn)相對較弱。

（2）離子型：通過使用帶有陰離子或陽離子基團(tuán)的化合物與多異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)，也可以為多異氰酸酯賦予親水性，從而制備出離子型水性聚氨酯固化劑。含陰離子基團(tuán)的化合物主要包括羧酸鹽和磺酸鹽，而含陽離子基團(tuán)的化合物則包括叔銨鹽、季銨鹽和磺胺鹽等。目前，市場上較為常見的是陰離子磺酸鹽型固化劑。此類固化劑的異氰酸酯平均官能度相對較高，因此所得到的膠膜交聯(lián)密度大，耐化學(xué)品性等性能也更為優(yōu)異。使用此類固化劑所制備的雙組分水性聚氨酯膠膜在性能上接近甚至超越溶劑型產(chǎn)品。

（3）混合型：混合型水性聚氨酯固化劑則是同時利用非離子型和離子型親水基團(tuán)對多異氰酸酯進(jìn)行改性得到的。這種固化劑兼具非離子型和離子型固化劑的優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)具體需求進(jìn)行靈活調(diào)整，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。