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异氰酸酯和水的反应是聚氨酯泡沫塑料发泡过程中一个重要的反应,其反应产物聚脲可以在发泡早期提高泡孔壁的强度,为气泡的稳定提供有利的条件,而产物二氧化碳则是泡沫发起过程中重要的气体来源。同时,在异氰酸酯类胶黏剂、湿固化聚氨酯涂料等工业产品的应用中,异氰酸酯和水的反应亦非常重要。本文以高效液相色谱法为主要检测手段,结合核磁氢谱、电喷雾质谱等分析方法,对三种甲苯异氰酸酯、两种甲苯二异氰酸酯和水的反应分别进行了研究,探讨了异氰酸酯和水的反应过程及反应动力学。高效液相色谱法对反应体系的分析结果显示,不论单异氰酸酯还是二元异氰酸酯和水的反应,体系中均存在较高浓度的中间产物胺,且胺的浓度随着反应的进行呈现先增大后减小的变化趋势。该结果表明,中间产物胺的浓度不能忽略或视为稳态,而应将其考虑进反应动力学中。中间产物胺的存在会影响二正丁胺滴定法的准确性,因此,在异氰酸酯和水的反应研究中,二正丁胺滴定法不适用。对邻位、间位、对位甲苯异氰酸酯和水的反应体系进行物料衡算,结果表明,反应体系中不存在氨基甲酸、氨基甲酸酐和氨基甲酸铵盐等中间产物或副产物,甲苯异氰酸酯在反应过程中仅仅转化为甲苯胺和取代脲。反应产物中亦没有出现缩二脲,说明在本文所述的实验条件下,异氰酸酯和取代脲的反应不会发生。与醚类化合物相比,酰胺类化合物可以对异氰酸酯和水的反应表现出较为明显的促进作用,推测其促进机理可能与胺类催化剂的催化机理相似。对二元异氰酸酯的研究发现,二元异氰酸酯和水的反应是一个逐步聚合的过程,在反应过程中,两个-NCO基团同时参与反应,不存在反应的先后顺序,但由于它们反应活性的差异,对应的产物在体系中会存在一定的浓度分布。本文还考察了温度、水浓度和异氰酸酯浓度对反应速率和中间产物胺浓度的影响,发现温度、水浓度对反应速率的影响较大,而异氰酸酯浓度对反应转化率的影响则较小;水浓度、异氰酸酯浓度对中间产物胺浓度的影响较大,而温度对其影响则较小。在上述实验结果的基础上,本文对中间产物胺的浓度加以考虑,将异氰酸酯和水的反应作为连续竞争的两步反应对待,对异氰酸酯和水的反应动力学方程重新进行了推导,提出了一个包括三个常微分方程的动力学模型。该动力学模型可以很好地吻合对位、邻位、间位甲苯异氰酸酯和水的反应过程,模型对实验值的平均相对偏差分别为4.13%、5.20%和4.36%,说明该动力学模型可以较好地描述异氰酸酯和水的反应过程。