聚氨酯屬於反應型高分子材料，其中的氨基甲酸酯基團是由異氰酸酯官能團和羥基反應生成的。聚氨酯是由聚亞氨酯和多元醇在催化劑和其它助劑存在下加成聚合反應而生成。如此，聚亞氨酯是乙個含有兩個以上異氰酸官能團的分子，而多元醇是乙個含有兩個以上羥基官能團的分子。
商業製造時，液態異氰酸酯和包含多元醇、催化劑和其它助劑的混合物反應生產聚氨酯，這兩種組分即通常所指的聚氨酯配方體系。北美稱異氰酸酯為a組分，或叫「iso」，多元醇和其它助劑的混合物被稱為b組分，或叫「poly」，這種混合物有時也被稱作樹脂或樹脂混合物。在歐洲，a組分和b組分正好相反。
樹脂混合的主劑可以包括鏈增長劑、交聯劑、表面活性劑、阻燃劑、發泡劑、顏料和填料。
一、 聚氨酯的結構與效能
聚氨酯可看作是一種含有軟鏈段和硬鏈段的嵌段共聚物（～軟段～硬段～軟段～硬段～軟段～）。軟段由低聚物多元醇（通常是聚醚或聚酯二醇）組成，硬段由多異氰酸酯或其與小分子擴鏈劑組成。由於非極性、低熔點的軟段與極性的、高熔點的硬段熱力學不相容，產生微觀相分離，在聚合物體內部形成相區或微相區。
而聚氨酯的粘彈性就來自硬段和軟段的相分離。聚氨酯中存在氨酯、脲、酯、醚等基團產生廣泛的氫鍵，其中氨酯和脲鍵產生的氫鍵對硬段相區的形成具有較大的貢獻。聚氨酯的硬段起增強作用，提供多官能團度物理交聯（即形成氫鍵而起「交聯」作用），軟段基體被硬段相區交聯。
軟段是由低聚物多元醇構成的，這類多元醇的分子量通常在600-3000之間。一般來說，軟段在pu中佔大部分，不同的低聚物多元醇與二異氰酸酯製備的pu效能各不相同。軟段的結晶性對最終聚氨酯的機械強度和模量有較大的影響。
特別在收到拉伸時，由於應力而產生的結晶化（軟段規整化）程度越大，拉伸強度越大。pu結晶性與其軟段低聚物的結晶性基本一致。結晶作用能成倍地增加粘結層的內聚力和粘結力。
軟段的分子量對聚氨酯的力學效能有影響。
硬段由多異氰酸酯或多異氰酸酯與擴鏈劑組成。異氰酸酯的結構對pu材料的效能有很大的影響。擴鏈劑對pu效能也有影響。
提高pu中硬段的含量通常使硬度增加、彈性降低，且一般來說，聚氨酯的內聚力和粘結力亦得到提高。但若硬段含量太高，由於極性基團太多會約束聚合物鏈段的活動和擴散能力，有可能降低粘接力。含有游離—nco基團的膠黏劑卻不是如此，因為—nco會與基材表面發生化學作用。
對於大多數反應性pu膠粘劑體系來說，pu分子量對膠粘劑粘接強度的影響主要應從固化前的分子擴散能力、官能度及固化產物的韌性、交聯密度等綜合因素來看。分子量小則分子活動能力和膠液的潤濕能力強，是形成良好粘接的乙個條件，倘若固化時的分子量增長不夠，則粘接強度仍較差。膠粘劑中預聚體的分子量大則初始粘接強度好，分子量小則初粘力小。
二、 異氰酸酯
異氰酸酯是聚氨酯中乙個必不可少的組分。含有兩個異氰酸酯官能團的分子叫二異氰酸酯。這些分子也被稱作單體，因為它們是用來生成含有三個以上異氰酸酯官能團的聚合異氰酸酯。
異氰酸酯可以分成芳香族的，如二苯甲烷二異氰酸酯（mdi)或甲苯二異氰酸酯（tdi)；還有脂肪族的，如六亞甲基二異氰酸酯（hdi）或異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)。聚合的異氰酸酯如聚合二苯基甲烷二異氰酸酯,它是由含有
二、三、四或更多異氰酸酯官能團（平均2.7個官能團）的分子混合組成的。異氰酸酯可以通過和多元醇反應生成一種預聚物。
當異氰酸酯和羥基官能團的化學當量比率大於2：1時，生成一種準預聚物，當其當量比率等於2：1時，生成真正的聚合物。
異氰酸酯的比較重要的性質包括分子結構、nco含量、功能特性和粘度。
多異氰酸酯分子中含有兩個或兩個以上的活性部位，因此在發生聚合反應時，可向二端或三向延伸成線型或交聯（體型）聚合物。工業上製備多異氰酸酯是通過伯胺與光氣反應來實現的。原材料胺是由相應的硝化物加氫生產。
常用的多異氰酸酯有2，4-甲苯二異氰酸酯（tdi）、2，6-甲苯二異氰酸酯（tdi）、二苯甲烷二異氰酸酯（mdi）、多亞甲基多苯基多異氰酸酯（papi）、苯二亞甲基二異氰酸酯（xdi）、二環己基甲烷二異氰酸酯（hmdi）、己二異氰酸酯（hdi）、三甲基己二異氰酸酯（thdi）。其中，最重要的芳香族異氰酸酯是tdi和mdi。
1.甲苯二異氰酸酯（tdi）
甲苯二異氰酸酯有2,4位與2,6位兩種異構體，商品有tdi-80（80% 2,4異構體與20% 2,6異構體混合物）、tdi-65（65% 2,4異構體與35% 2,6異構體混合物）、tdi-100（100% 2,4異構體）三種。甲苯二異氰酸酯是水色或淺黃色液體，具有強烈的刺激氣味，對**、眼睛和呼吸道有強烈的刺激作用，吸入高濃度的tdi蒸氣會引起支氣管炎、支氣管肺炎和肺水腫，液體與**接觸可引起皮炎。液體與眼睛接觸可引起嚴重的刺激作用，如果不加以**，可能導致永久性損傷。
長期接觸tdi可引起慢性支氣管炎。對tdi過敏者，可能引起氣喘、呼吸困難和咳嗽。
甲苯二異氰酸酯用鍍鋅鐵桶盛裝，20-22℃貯存，或置於陰涼處儲存，遠離可能發生火災的區域，避免接觸水分，貯罐中必須用氮氣保護密封。
含有80% 2,4異構體與20% 2,6異構體的tdi混合物大量用於製造聚氨酯軟質塊狀泡沫塑料和模成型泡沫塑料。tdi，特別是粗製的tdi和tdi/mdi混合物可以用於硬質泡沫製品，但慢慢被聚合的mdi取代。tdi-聚醚和tdi-聚酯預聚物被用於高效能塗料及彈性體預聚物在使用是需用真空抽走tdi單體，以大大減輕其毒性危害。
2.二苯基甲烷-4，4』-二異氰酸酯（mdi）
二苯基甲烷-4，4』-二異氰酸酯（mdi）由苯胺與甲醛縮合成二苯基甲烷二胺，再光氣化而成。mdi為白色固體結晶，加熱時有刺激性臭味，可溶於丙酮、四氯化碳、苯、氰苯、硝基苯、二氧六環等。
mdi的蒸氣壓比tdi低，對呼吸器官有刺激性，毒性比tdi弱。mdi於室溫下易於生成不溶解的二聚體，顏色變黃，需加穩定劑。穩定劑一般採用甲苯磺醯異氰酸酯、羧基異氰酸酯、亞磷酸三甲苯酯等。
mdi需要在15℃以下最好是在5℃以下貯藏，盡早使用。
mdi有三種異構體, 4,4'-mdi, 2,4'-mdi, 和2,2'-mdi,也可以通過聚合實現甚至增強第三種異構體的功能。只有4,4'-mdi 單體可以買到純的異構體。其產品形態可以是冷凍狀態的固體或者片狀物，或者是熔融態，用於製造高效能的預聚物。
單體混合物, 含有大約50% 的 4,4'-異構體 and 50% 的2,4'-異構體,在室溫下是液體，用於製造噴塗聚脲彈性體的預聚物。4,4'-mdi 混合物含有mdi脲酮亞胺 , 碳二亞胺, 和尿基甲酸酯系列，這些物質在室溫下也是液態，用於製造人造革和微空泡沫塑料. 4,4'-mdi-乙二醇預聚物可以改善製品的機械效能，但在溫度低於20°c時會凍結。
聚合 mdi (pmdi)用於硬質的現場澆注、噴塗的泡沫塑料和模成型製品. 高效能低聚物含量非常高的聚合mdi用於製造硬質隔熱板材所用的聚氨酯和聚異氰酸酯。聚合改性的mdi（pmdi), 仍含有相當數量的mdi單體, 用於生產軟質聚氨酯模塑和微孔泡沫塑料 。
調整相應的4,4'- 和 2,4'- 異構體比率可以改變異氰酸酯混合物的反應和儲存效能，以及製成品的牢固度和其它物理效能。
3.液化mdi
液化mdi是一種改性mdi。mdi常溫下是固體，使用之前必須加熱熔化成液體，反覆加熱將影響mdi的質量，而且操作複雜。液化mdi可克服此缺點。
液化mdi按制法劃分有摻混mdi、聚醚改性mdi、碳化二亞胺改性mdi三種型別。摻混mdi是在苯胺與甲醛縮合時，採用特定的催化劑，把2,4-mdi異構體提高到94%，光氣化後則成液化mdi。一般mdi中，當2,4-異構體佔25%時在常溫下就是液態。
將mdi和聚醚（分子量600）混合，投料比是nco:oh=10:1 ，50-60℃反應5h即得聚醚改性液化mdi。
碳化二亞胺改性mdi是將mdi在三乙基磷酸酯催化系加熱至200℃，mdi分子中脫掉一部分nco生成碳化二亞胺，然後將反應物冷卻至室溫，商品為黃色液體，含nco28%-30%，25℃的黏度為100mpa·s以下。
異氰酸酯基是由氮、碳、氧三原子組成的累積二烯結構的基團，這種雙鍵的累積與雜原子的堆砌使其很容易受親核試劑的進攻。異氰酸酯與活潑氫化合物的反應就是由於活潑氫化合物分子中的親核中心進攻nco基的碳原子而引起的。
（1）與醇反應
異氰酸酯與醇類（含伯羥基或仲羥基）的反應產物為氨基甲酸酯，多元醇與多異氰酸酯生成聚氨基甲酸酯。
（2）與酚反應
異氰酸酯與酚反應也是生成氨基甲酸酯，與同醇反應不同的是與酚反應比較慢，而且是可逆的，為此以苯酚等酚與多異氰酸酯反應製備封端型聚氨酯膠黏劑。
（3）與水反應
異氰酸酯與水反應首先生產不穩定的氨基甲酸，然後由氨基甲酸分解成二氧化碳與胺。若在過量的異氰酸酯存在下，所生成的胺會與異氰酸酯繼續反應生成脲。
（5）與脲反應
異氰酸酯和醇、胺反應，將在聚合物中生成氨基甲酸酯基團和取代脲基團，它們都是內聚能較高、含有活潑氫的基團。在聚氨酯大部分材料的製備中，往往都要有意識地預留出少部分異氰酸酯基，以便和聚合物中這些含活潑氫的基團能進一步反應，分別生成脲基甲酸酯、縮二脲型交聯結構。
（6）與氨基甲酸酯的反應
過量的或尚未參加擴鏈反應的異氰酸酯與生成的氨基甲酸酯或脲在較高溫度（>100℃）進行的反應，可產生支化和交聯，提高粘結強度。
（7）與羧酸的反應
這類反應比較少見，不過在含—cooh聚酯體系或含側羧基的離聚體體系中，過量的異氰酸酯與羧酸反應生成氨酯甲酸酯和二氧化碳。
（8）二聚反應
只有芳香族異氰酸酯才能形成二聚體，二聚體在高溫下可解離成原來的異氰酸酯，也可在鹼性催化劑存在下直接與醇或胺反應。二苯甲烷二異氰酸酯（mdi）、tdi在室溫下可緩慢產生二聚體，但無催化劑時此過程很慢。可用膦、吡啶、叔胺等催化劑催化，有時利用這個反應製備室溫穩定的高溫固化單組份聚氨酯膠黏劑。
（9）三聚反應
此反應是不可逆反應，脂肪族或芳香族異氰酸酯在催化劑如膦、叔胺或有機金屬化合物存在下可發生三聚，可利用這個反應引入支化和交聯，提高膠黏劑的耐熱性。
（10）碳化二亞胺形成反應
在氧化膦催化基加熱條件下，異氰酸酯能轉化為碳化二亞胺，此反應應用於製備以mdi為基礎的碳化二亞胺，碳化二亞胺也可用作新增劑，以增加膠黏劑的水解穩定性。
三、多元醇
1．聚醚多元醇
聚醚多元醇是端羥基的齊聚物，主鏈上的烴基由醚鍵聯結。聚醚多元醇是以低分子量多元醇、多元胺或含活潑氫的化合物為起始劑，與氧化烯烴在催化劑作用下開環聚合而成。氧化烯烴是1，2-環氧化合物，主要是氧化丙烯（環氧丙烷）、氧化乙烯（環氧乙烷），其中以環氧丙烷最為重要。
多元醇起始劑有丙二醇、乙二醇等二元醇；甘油、三羥甲基丙烷等三元醇；季戊四醇等四元醇；木糖醇等五元醇；山梨醇等六元醇；蔗糖等八元醇。胺類起始劑為二乙胺、二乙烯三胺等。
2．聚酯多元醇
以聚酯多元醇為基礎的聚氨酯材料，以其優異的力學機械效能，突出的耐油、耐化學品等特性，目前仍然是極其重要的聚醇中的一大型別。目前，此類聚醇化合物廣泛用於聚氨酯橡膠、微孔彈性體、塗料、粘合劑等相關產品的生產中。
在聚酯多元醇的分子結構中，除具有作為活性反應基團的端羥基外，還存在特性基團基團酯基，從聚合物內聚能的基礎研究得知，酯基的內聚能遠高於聚醚結構中的醚鍵。因此，由它製備的聚氨酯材料，在機械效能、耐油性等方面優於聚醚型聚氨酯。
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