什么是水性聚氨酯呢?其实就是将合成好的聚氨酯树脂，通过各种技术手段，乳化分散于水中，故又称为水性聚氨酯分散液。稍懂聚氨酯树脂合成技术常识的人都了解，聚氨酯与水，可以说是水性聚氨酯合成中，首先需要解决和克服的一个重要难题。因为水和聚氨酯是很难相容和并存的两种介质。合成水性聚氨酯却必须且无可避免的要协调解决这个难题。
水性聚氨酯合成的基本路线，是由本体预聚、扩链、分散乳化三个基本步骤组成。不论是采用哪一种合成手段，本体预聚、扩链和分散乳化三个步骤必不可少。那么在水性聚氨酯合成中，存在哪些技术难题呢?
1.水
虽然是水性聚氨酯，但在水性聚氨酯前期合成中，水却是必须得到严格控制的，严禁参与反应。我们知道，水分子也含有一个羟基(OH)，可以和异氰酸酯的氰酸根(NCO)结合，同时由于水的分子量小，在合适的条件下，水与异氰酸酯的反应速率很快，且生成二氧化碳，不但白白消耗异氰酸酯，增加成本，而且对合成好的聚氨酯性能亦有负面的影响。因而在聚氨酯前期合成中，坚决杜绝水以任何形式的存在。至于后期，又必须将合成好的聚氨酯在水中良好地实现乳化分散，是水性聚氨酯合成中十分重要不可缺少的步骤之一。
2.合成聚氨酯的分子量
我们同样知道，在本体预聚中，通过控制OH与NCO比值，可以得到不同分子量的聚氨酯。但是不同的聚氨酯分子量，在后期分散乳化于水中的操作难易程度是不同的。合成好的聚氨酯实现水中分散乳化的困难程度，随聚氨酯合成的分子量增加而增加。早期的水性聚氨酯为了解决这个冲突，一般尽量的控制聚氨酯合成的分子量增长，即尽量合成分子量相对较小的聚氨酯，使得聚氨酯在水中的分散乳化更加容易实现。故在水性聚氨酯合成中，存在这样一个突出的矛盾，即随着聚氨酯合成的分子量增加，聚氨酯力学性能提高，在水中分散乳化的难度增加;同时还必须和谐解决合成聚氨酯的分子量与聚氨酯性能之间的矛盾。
3.水性聚氨酯固含量
尽管水性聚氨酯有个固含量理论值，我认为这个意义象征性更大。实际上将水性聚氨酯固含量大多数控制在40-50%之间，而将水性聚氨酯固含量的终极目标，控制在50-60%之间才具有现实意义，不然将水性聚氨酯直接做成无溶剂聚氨酯好了，不必苦恼固含量多少。由溶剂型聚氨酯可知，随着固含量的提高，聚氨酯合成溶液的难度增加。这液是一个十分突出的矛盾。在聚氨酯分子结构上接上亲水基团的意义，在于提高聚氨酯合成后与水的相容性、提高其在水中的乳化分散性，使得按照传统做法，将水性聚氨酯乳液固含量控制在30%左右，由困难变得更为容易操作和便捷。
提高水性聚氨酯固含量的另一个重要意义，是可以由此提高下游的生产效率。理论上讲，固含量提高了，水的比例则相应降低。降低水的比例，有利于缩短水性聚氨酯干燥成膜的时间。
目前市场上由拜尔公司提供的含亲水基的扩链剂AS-95水溶液，虽然可实现提高水性聚氨酯乳液的固含量，但却由于其为水溶液，在水性聚氨酯合成前期不能使用，只能用于后扩链。同时由于其反应速率极快，为控制合成水性聚氨酯的分子量，往往需要添加相当扩链剂十余倍用量的溶剂，并在合成结束后，脱除溶剂。但不管采取何种办法，事实上都会有溶剂残留。如此一来，不但增加了费用，还降低了产品的品质(环保性)。
5.亲水基团
我们也知道聚氨酯的分子链，主要是由低分子醇与异氰酸酯反应生成物构成聚氨酯分子链中硬段，而由聚合物与异氰酸酯反应生成物构成聚氨酯分子链中的软段。在聚氨酯分子链中的软硬段上接枝亲水基团，可以提高聚氨酯在水中的分散乳化，实现高固含量的水性聚氨酯。
当前水性聚氨酯合成使用到的扩链剂，含有亲水基团的除了前面介绍到的AS-95，还有DMPA(二羟甲基丙酸)、DMBA(二羟甲基丁酸)，这类扩链剂亲水性好，但有文献资料和实验证明，当这类材料用量过多时，会严重降低聚氨酯的力学性能。用量少又不足以提高聚氨酯的亲水性。所以一般和其他亲水性扩链剂配合一起使用比较多。如羟基封端磺酸盐单体如AS-95，优缺点前面已经讲过，就不再赘述。另外还有一些其他带亲水基团的扩链剂。
另一块含亲水基团的材料就是——多元醇，目前磺化聚酯多元醇技术已经非常成熟，但国内实现量产的公司非常少，且产品稳定性差。原因就是这类产品合成工艺造成的。
6.多元醇
分别由聚醚多元醇和聚酯多元醇合成的水性聚氨酯，在性能上的差异与溶剂型相同。由聚醚多元醇合成的水性聚氨酯，比由聚酯多元醇合成的水性聚氨酯较容易实现水乳化分散，是因为聚醚多元醇比聚酯多元醇亲水性好。但是力学性能、附着力等，由聚酯多元醇合成的聚氨酯明显高。所以提高聚酯多元醇的水乳化分散能力，对合成水性聚氨酯具有十分重要的意义。
7.助剂
专门适合水性聚氨酯使用的助剂，市面上非常少。多数助剂都是由溶剂型聚氨酯使用的助剂转化而来的。如传统的增塑剂，虽然某些品种也能在水性聚氨酯领域运用，但因为不环保，实际上使用受到限制。适合水性使用，且改善手感明显，与聚氨酯相容性好，耐水分解的增塑剂，还有待进一步研究和开发。至于手感剂、消泡剂、流平剂等，因为使用效果不在说明。
近几年来，水性聚氨酯发展方兴未艾。若要大力推动水性聚氨酯合成技术进步，就有赖于进一步开发和研究适用于水性聚氨酯的合成材料，以及对水性聚氨酯合成方法的研究。本人通过潜心研究，侥幸开发了几种适合水性聚氨酯合成使用的材料，如改性聚酯多元醇、磺酸盐单体、磺酸盐聚酯多元醇、有机硅改性聚酯多元醇、特殊聚合物(助剂)等。
