水性聚氨酯树脂是指以水作为分散介质的聚氨酯。进入90年代，随着人们环保意识以及环保法规的加强，环境友好的水性聚氨酯的研究、开发日益受到重视，其应用已由皮革涂饰剂不断扩展到涂料、黏合剂等领域，正在逐步占领溶剂型聚氨酯的市场，代表着涂料、黏合剂的发展方向。令人奇怪的是，在水性树脂中，水性聚氨酯仍然也是youxiu树脂的代表，是现代水性树脂研究的热点之一。
合成工艺
水性聚氨酯的合成可分为两个阶段。第一阶段为预逐步聚合，即由低聚物二醇、扩链剂、水性单体、二异氰酸酯通过溶液(或本体)逐步聚合生成分子量为103量级的水性聚氨酯预聚体;第二阶段为中和后预聚体在水中的分散和扩链。
早期水性聚氨酯的合成采用强制乳化法。即先制备一定分子量的聚氨酯聚合物，然后在强力搅拌下将其分散于加有一定乳化剂的水中。该法需要外加乳化剂，乳化剂用量大，而且乳液粒径大、分布宽、稳定性差，目前已经很少使用。
现在,水性聚氨酯的乳化主要采用内乳化法。该法利于水性单体在聚氨酯大分子链上引入亲水的离子化基团或亲水嵌段:-COO- +NHEt3、SO3- +Na、-N+ -Ac，-OCH2CH2-等，在搅拌下自乳化而成乳液(或分散体)。这种乳液稳定性好，质量稳定。根据扩链反应的不同，自乳化法主要有丙酮法和预聚体分散法。
丙酮法
丙酮法在预聚中期、后期用丙酮或丁酮降低黏度，经过中和，高速搅拌下加水分散，减压脱除溶剂，得到水性聚氨酯分散体。该法工艺简单，产品质量较好，缺点是溶剂需要回收，回收率低，且难以重复利用。目前，我国主要使用该法合成普通型芳香族水性聚氨酯。
预聚体分散法
即先合成带有-NCO端基的预聚体，通常加入少量的N-甲基吡咯烷酮调整黏度，高速搅拌下将其分散于溶有二(或多)元胺的水中，同时扩链得高分子量得水性聚氨酯。美国等发达国家主要利用该法合成高档脂肪族水性聚氨酯。
折叠编辑本段合成实例
阴离子型水性聚氨酯的合成
折叠实例1
折叠实例2
(1)配方:
原料 | 规格 | 用量(质量份) |
聚己内酯二醇 | 工业级，Mn:2000 | 94.5 |
聚四氢呋喃二醇 | 工业级，Mn:2000 | 283.5 |
1，4-丁二醇 | 工业级 | 27.16 |
二羟甲基丙酸 | 工业级 | 25.4 |
异佛尔酮二异氰酸酯 | 工业级 | 98.9 |
4，4'-二环己基甲烷二异氰酸酯 (H12MDI) | 工业级 | 122.6 |
N-甲基吡咯烷酮 | 聚氨酯级 | 158.3g |
丙酮 | 聚氨酯级 | 50.00 |
二丁基二月桂酸锡 | 工业级 | 0.0200 |
三乙胺 | 工业级 | 17.7 |
乙二胺 | 工业级 | 28.5 |
水 | 工业级 | 990 |
2)合成工艺
①将聚己内酯二醇、聚四氢呋喃二醇(数均分子量为2000)、二羟甲基丙酸、1，4-丁二醇(BDO)加入1l反应瓶中，氮气保护下，120℃脱水0.5h。
②加入140.6g N-甲基吡咯烷酮(NMP)，降温至70℃;搅拌下加入异佛尔酮二异氰酸酯和4，4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI);升温至800C搅拌反应使-NCO含量降至2.5%。降温至60℃，加入三乙胺，继续搅拌15min，加强搅拌，将400C的水加入反应瓶，搅拌5min，加入乙二胺，强力搅拌20min，慢速搅拌2h得产品。
折叠实例3
核-壳型水性丙烯酸-聚氨酯的合成
采用丙烯酸树脂对水性聚氨酯(PUD)进行改性通常有2种方法:物理改性和化学改性。前者主要是将所需性能的丙烯酸酯类乳液和PUD进行物理拼混。化学改性主要是制备以丙烯酸酯为核聚氨酯为壳的无皂核壳乳液。
该方法主要是先制备端一NC0预聚物，经封端引入端不饱和键，中和、加水得聚氨酯表面活性大单体。然后通过自由基引发聚合制得丙烯酸改性的聚氨酯水分散体。由于丙烯酸酯类单体不溶于水中，而被包封在聚氨酯粒子中，通过聚氨酯中被中和的羧基提供乳化稳定作用，这样可制得一种以丙烯酸酯为核，聚氨酯为壳的无游离乳化剂的水分散体，兼具聚氨酯和聚丙烯酸树脂两者的优点，同时又降低了成本，因此被誉为"最新一代水性聚氨酯"。此合成技术是PUD以及丙烯酸乳液合成技术上的创新和一大突破。
聚合用的丙烯酸单体中可以复合乙烯基硅氧烷单体和氟单体，对丙烯酸树脂进行氟、硅改性，以进一步提高树脂性能，如耐高温、耐水性、耐候性、透气性等。