烟台万华聚氨酯股份公司 王炳凯

   聚异氰脲酸酯泡沫是指分子结构中含有异氰脲酸酯环的泡沫塑料，除了具有聚氨酯硬质泡沫的优良的绝热性能、在低密度时具有较好强度的优点外，与普通的聚氨酯硬质泡沫相比，其最大的特点是具有较好的阻燃性能和耐温性能，尤其是其较好的阻燃性能已经引起人们的广泛关注，因此，近几年来在国内外得到了迅猛地发展。
   以异氰酸酯化合物为基础的所有泡沫尽管产品是不同的，但在加工工艺上是通用的。聚异氰脲酸酯泡沫同聚氨酯硬泡的加工方法是一致的，因而其生产方法也是多种多样的，它既可以用连续法生产，也可以用间歇法生产；既可以在工厂生产，也可以在现场生产。聚氨酯硬质泡沫和聚异氰脲酸酯泡沫是形成工业化生产的最著名的泡沫体绝热材料，前者是有多异氰酸酯和多羟基化合物反应制成的，而后者是由多异氰酸酯催化聚合而成。聚异氰脲酸酯泡沫已引起工业界的高度重视，尤其是作为建筑工业相关的绝热材料，由于其独一无二的耐高温性，尤其是优良的阻燃性，已被广泛地使用。
   虽然纯的聚异氰脲酸酯泡沫具有良好的热稳定性、低发烟率和显著的阻燃性，但在大多数条件下控制三聚反应是困难的，生成的聚异氰脲酸酯泡沫通常是高脆性的，尤其是表面易成粉末状，根本没有实用价值。因此许多研究者研究的最终目的是把异氰脲酸酯和氨基甲酸酯结合起来，即使用氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯泡沫。因此工业生产的聚异氰脲酸酯泡沫通常是“混合型”的，即在配方中通过使用多羟基化合物，进行氨基甲酸酯改性，改进聚异氰脲酸酯泡沫的交联密度，降低了脆性，而对泡沫的热稳定性不产生明显的影响，从而满足各种条件下的加工性能。
   在加工聚异氰脲酸酯泡沫的工艺过程中，为了确保最佳的泡沫性能，必须严格控制发泡过程中的乳白时间、凝胶时间、不粘时间、上升高度和发泡压力等指标，这些加工性能更容易受原料温度、模具或基体温度的影响，同时还受配方的变化、尤其是催化剂变化的影响、多羟基化合物的影响以及异氰酸酯指数的影响。
   在氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯泡沫的发泡过程中，存在着氨基甲酸酯反应和异氰脲酸酯反应，研究表明，在这个反应过程中，先进行着氨基甲酸酯反应，在氨基甲酸酯反应基本结束时再进行异氰脲酸酯反应，从反应的上升速度可以看出，在乳白时间以后，发泡的泡沫的高度稳步上升，在某一时刻，发泡速度很慢，间断的停顿以后，发泡速度突然加快，往往伴随着泡沫体变色，这时进行的就是异氰脲酸酯反应，也就是说，在发泡的过程中，反应速度不是连续的。虽然对某些特殊的工艺过程，有两个明显的反应速度可能是有利的，但在许多情况下，这种两个反应速度的现象对于成型工艺是不利的。因此，对于异氰脲酸酯泡沫的配方的研究，是如何将氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯泡沫的反应外观上升速度改进到接近聚氨酯泡沫的外观上升速度。
   异氰脲酸酯泡沫通常使用叔胺类的氨基甲酸酯催化剂和有机金属类的异氰脲酸酯催化剂。研究表明，使用N,N－二甲基环己胺和三乙烯二胺等强的叔胺催化剂作为氨基甲酸酯反应的催化剂、使用醋酸钾等强金属催化剂作为异氰脲酸酯反应的催化剂，具有两个明显的反应速度，并且在高的异氰酸酯指数的情况下，可以看到泡沫具有明显的变色现象；如果使用1，3，5－三（3－二甲氨基）丙基六氢三嗪（Polycat 41）配合季铵盐类催化剂（如Dabco TMR－2），配合其它技术，可使反应速度明显平稳，两个反应速度基本上不明显。这样有利于聚异氰脲酸酯泡沫的成型加工工艺。
   模具温度对于泡沫的加工性能具有明显的影响。因为异氰脲酸酯反应需要较高的热量，因此与纯粹的聚氨酯泡沫不同，氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯泡沫对于环境温度和模具温度或基体温度的要求比较严格，在实际生产的工艺过程中，较高的模具温度或基体温度可明显改善脱模时的尺寸稳定性和对于表面材料的粘着力。如果模具温度或基体温度过低，生成的泡沫的表面层发酥并且强度较低，因此，聚异氰脲酸酯泡沫与聚氨酯泡沫相比，对于温度的要求更加严格。
   异氰酸酯指数对于泡沫的加工性能也有明显的影响。如果异氰酸酯指数在300到500的范围内，同时使用羟值大于450mgKOH/g的聚醚多元醇，那么加工温度应该大于60℃；另外，多羟基化合物的种类对于氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯泡沫的性能也有明显的影响，如果使用芳香族聚酯多元醇，异氰酸酯指数小于250，那么氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯泡沫可以在40℃的温度下很好的加工。
   异氰酸酯的种类对于聚异氰脲酸酯泡沫的性能具有很大的影响，制备聚异氰脲酸酯泡沫通常使用聚合MDI，通用的聚合MDI的官能度为2.7，粘度在200mPas/25℃，但对于聚异氰脲酸酯泡沫来讲，使用高官能度的聚合MDI，可是泡沫的泡孔结构更佳均匀，泡孔的各向异性减少，更容易生产出质量优异的氨基甲酸酯改性的聚异氰脲酸酯泡沫，我们将高官能度的聚合MDI（如烟台万华聚氨酯股份有限公司的PM－400，官能度大约为3.0，粘度400－700 mPas/25℃）用在聚异氰脲酸酯泡沫生产中，可明显改进泡沫的强度和加工性能。
   如上所述，今天的聚异氰脲酸酯泡沫的技术已经取得了很大的进展，并且已经研究出了许多取决于加工工艺和用途的配方，尤其是使用高官能度的聚合MDI，用芳香聚酯多元醇改性的聚异氰脲酸酯泡沫可完全满足阻燃泡沫的要求，在越来越重视安全的今天，对于泡沫的阻燃要求越来越严格，因此，聚异氰脲酸酯泡沫在工业建筑、民用等方面的用途日益广泛，具有很好的发展前景。