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异氰酸酯化合物及其聚合物具有优异的环保特性和可调节性,在涂料、胶粘剂、皮革涂饰剂、织物整理剂等方面得到广泛的应用。但因其化学性质活泼,容易与水和含活泼氢的物质发生反应,使得反应产物储存难度大,不利于在水性聚氨酯涂料和胶黏剂等领域的应用。因此,本研究通过分子设计在异氰酸酯预聚体分子结构中引入亲水性基团,同时将异氰酸酯进行封端,通过自乳化过程使其在水性溶液中稳定分散并保持反应活性,合成一种加热致活封闭异氰酸酯胶束,进而为开发一种基于功能化、环保型中低温解封闭的异氰酸酯胶黏剂以及水性涂料奠定基础。本实验采用甲乙酮肟(MEKO)封闭异氰酸酯预聚体制备高摩尔比(NCO/OH)封闭胶束,进而采用N-甲基苯胺(N-MBA)、三氯苯酚(TCP)作为封闭剂制备了中低温解封闭水性异氰酸酯胶束。系统研究了R值(NCO/OH摩尔比)、阴离子含量(DMPA)、中和度等对异氰酸酯胶束形貌、粒径大小及其分布影响规律,同时考察了异氰酸酯封闭／解封闭在不同R值,DMPA含量和催化剂等条件下的反应特性以及封闭反应动力学,最后系统研究了封闭胶束在水溶液中的稳定机制。采用以上三种不同封闭剂制备的封闭异氰酸酯水性胶束均能稳定贮存。通过扫描电镜(SEM)可观察到了封闭异氰酸酯预聚体以球状胶束形式分散在水溶液中,粒径尺寸均一可控。采PALs粒径分析表明,随着DMPA含量的增加,芳香族封闭胶束(TDI)的粒径逐渐减小最后趋于一平衡值,粒径分布变窄,脂肪族封闭胶束(HDI)粒径逐渐减小最后有所增加,其分散液稳定性都越来越好；随着R值增加,封闭TDI胶束的粒径尺寸先增大后减小,分散液的稳定性变差,对于封闭HDI胶束粒径尺寸不断减小,并能在高摩尔比(12.3)条件下保持稳定；随着中合度的增加,胶束的粒径尺寸不断减小,其稳定性不断增强。采用FTIR考察胶束封闭/解封闭过程化学结构变化表明,在封闭预聚体中,在2267cm-1处NCO特征吸收峰消失,解封闭过程中羰基(1700cm-1)特征峰与氨基的伸缩振动与变形振动峰增强。采用DSC研究了胶柬解封闭过程的放热特性表明,MEKO封闭胶束的初始解封温度在80-90℃之间,峰值温度在110～125℃之间,放热焓在550-670J/g之间,实现异氰酸酯高效解封闭；N-MBA封闭胶柬的初始解封闭温度均在70-80℃之间,峰值温度在105℃～110℃之间；TCP封闭胶束的初始解封温度62～70℃之间,峰值温度在95～110℃之间,因此能够在中低温条件下发生解封,并且不同的R值,DMPA含量对解封闭温度并未影响。通过动力学研究表明,TCP封闭NCO预聚体为二级反应。无催化剂作用下,其反应活化能Ea=43.890 KJ/mol,加入催化剂DBTDL,其封闭反应活化能降低为Ea=34.412KJ/mol。封闭反应实质是封闭剂上的亲核基团攻击异氰酸酯上碳原子的亲核加成反应,催化剂作用导致活化能降低,反应活性增强。稳定性研究表明,当封闭率较高时,胶束稳定性主要受亲水基团影响,即DMPA含量控制,当封闭率较低时,其稳定性主要受体系中游离NCO基团影响,即封闭率控制。采用初始Zeta电位可以直接判断封闭胶束稳定性,当初始Zeta电位绝对值不小于封闭胶束稳定电位值的绝对值,封闭胶束能够稳定分散。在胶束结构未被破坏的前提下,胶束主要是靠扩散双电层作用和溶剂化作用稳定在水性溶剂中。