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封闭型异氰酸酯能够有效解决异氰酸酯单体活性较高、储存和使用时对环境设备要求较高等缺点,并且能够用于水性聚氨酯、功能化聚氨酯等新型材料的制备,一直受到人们的广泛关注。但封闭型异氰酸酯在应用时存在固化温度过高、固化时间过长等缺点,并且对其相关的解封闭机理和固化机理研究较少。因此,本论文对封闭型异氰酸酯的合成、解封闭反应和固化反应进行进一步的研究,选取吡啶酚类和喹啉酚类封闭剂,设计合成一系列具有创新性的封闭型异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),考察封闭剂结构与解封闭温度的关系,研究相关的解封闭和固化动力学,探讨其在水性聚氨酯胶粘剂和固化剂领域的应用,不仅有一定的理论研究价值,而且对水性聚氨酯材料学科的发展也有着重要的指导意义,并取得以下研究成果。(1)通过分子设计,利用酯化反应、Fries重排反应和封闭反应,制备了十八种吡啶酚类、喹啉酚类封闭型异佛尔酮二异氰酸酯,通过核磁共振氢谱(1H-NMR)、核磁共振碳谱(13C-NMR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)确认其分子结构与预期结构相符,并以异氰酸酯封闭率为目标优化筛选出其最适宜的合成条件;(2)通过差示扫描量热法(DSC)、热重法(TG)、苯胺法和CO2法测定了封闭型IPDI的解封闭温度,系统研究了吡啶环和喹啉环上取代基的位置、取代基电子效应和空间效应对解封闭温度的影响,结果表明,封闭型IPDI的解封闭温度随羟基位电子云密度的降低、邻位取代基吸电子效应和空间位阻效应的增大而降低;(3)采用非等温热分析动力学法研究了4-羟基吡啶封闭型IPDI、3-苯甲酰基-4-羟基吡啶封闭型IPDI、8-羟基喹啉封闭型IPDI和7-苯甲酰基-8-羟基喹啉封闭型IPDI的解封闭反应动力学。结果显示,4-羟基吡啶封闭型IPDI解封闭反应的活化能为134.6kJ·mol-1(Friedman-Reich-Levi方程,FRL方程)和126.2k J·mol-1(Flynn-WallOzawa方程,FWO方程),最概然函数为Jander方程,解封闭反应级数不是整数;3-苯甲酰基-4-羟基吡啶封闭型IPDI解封闭反应的活化能为111.2kJ·mol-1(FRL方程)和117.0kJ·mol-1(FWO方程),最概然函数为Anti-Jander方程,解封闭反应级数同样不是整数;8-羟基喹啉封闭型IPDI解封闭反应的活化能为160.4kJ·mol-1(Kissinger方程)和178.4kJ·mol-1(FWO方程),解封闭反应级数为0.73;7-苯甲酰基-8-羟基喹啉封闭型IPDI解封闭反应的活化能为138.8kJ·mol-1(Kissinger方程)和143.8kJ·mol-1(FWO方程),解封闭反应级数为0.84。这四种封闭型IPDI的解封闭反应级数均不是整数表明,所涉及的解封闭反应是一个拥有复杂反应历程的热分解反应;(4)采用非等温热分析动力学法研究了聚乙烯醇-取代吡啶酚封闭型IPDI固化体系、三聚氰胺-取代吡啶酚封闭型IPDI固化体系、聚乙烯醇-取代喹啉酚封闭型IPDI固化体系和三聚氰胺-取代喹啉酚封闭型IPDI固化体系的解封闭-固化反应的动力学。结果显示,聚乙烯醇-取代吡啶酚封闭型IPDI固化体系的解封闭-固化反应活化能为138.0kJ·mol-1,指前因子为3.2×1018,反应级数为1.27;三聚氰胺-取代吡啶酚封闭型IPDI固化体系的解封闭-固化反应活化能为115.6kJ·mol-1,指前因子为4.5×1013,反应级数为1.04;聚乙烯醇-取代喹啉酚封闭型IPDI固化体系的解封闭-固化反应活化能为181.2kJ·mol-1,指前因子为2.3×1021,反应级数为0.71;三聚氰胺-取代喹啉酚封闭型IPDI固化体系的解封闭-固化反应活化能为170.4kJ·mol-1,指前因子为1.3×1020,反应级数为0.97。上述的解封闭-固化反应级数均不是整数表明,所涉及的解封闭-固化反应是一个拥有复杂反应历程的反应;(5)以3-苯甲酰基-4-羟基吡啶作为封闭剂,制备了固含量约为50%的取代吡啶酚封闭型水性聚氨酯胶粘剂,采用FTIR确认其分子结构与预期结构相符。粘结实验表明,该胶粘剂随着封闭剂用量增加,粘结性能先升高后下降,在固化温度高于70℃时,对于真皮/真皮、PU/PU和PVC/PVC三种材料均显示出优异的终粘效果。(6)以7-苯甲酰基-8-羟基喹啉作为封闭剂,制备了固含量约为50%的取代喹啉酚封闭型水性聚氨酯固化剂,采用FTIR确认其分子结构与预期结构相符。涂料性能测试结果表明,该固化剂具有良好的固化性能,分别与水性氟碳乳液、水性环氧乳液和水性丙烯酸乳液互配制备的水性涂料的性能,与市售德固萨VESTAGON B1530固化剂互配制备的水性涂料的性能相当,且可在更低温度下实现固化。