聚氨酯工业耐150C高温PU-PIR泡塑料的研制鲍迎徐标吕槊贤（江苏省化工研究所南京210024）一种可长期在150°C下使用的氨基甲酸酯改性聚异氰脲酸酯（PU-PIR）泡沫塑料。重点研究了改性剂用量、泡沫密度、异氰酸酯指数及催化剂等几个因素与泡沫塑料耐热性能（包括尺寸稳定性和热失重率）的关系。实验表明，这种PU-PIR泡沫塑料可长期耐150°C高温，泡沫脆性低，达到了工业应用的要求。
民用供热系统的热水管道介质一般米用普通硬质聚氨酯（PU）泡沫塑料作保温材料，能长期耐100°C.但这种泡沫不耐更高的温度。如果将这种泡沫放在150°C烘箱中考核96h，泡沫将严重膨胀、变形，甚至有开裂现象，而且强度大大降低，因此不能用作高温蒸汽管道的保温材料。本工作研制了能长期耐150°C高温的硬质聚氨酯泡沫塑料，主要用于石油输送、热力化管网及化工管线的绝热。
查阅有关资料及借鉴前人做的大量工作，我们知道：异氰脲酸酯六元杂环结构具有比氨基甲酸酯结构高的热稳定性，但纯聚异氰脲酸酯（PIR）泡沫塑料非常脆，缺乏实用价值。如果在聚异氰脲酸酯中引入氨基甲酸酯、口恶唑烷酮、碳化二亚胺或酰亚胺基团1，可在一定程度上降低聚合物的交联密度，得到性能良好的改性PIR泡沫塑料。国内外一般用氨基甲酸酯来改性聚异氰脲酸酯。除氨基甲酸酯改性外，其它几种改性反应较难控制。本工作从市场和实际出发，选择用氨基甲酸酯改性聚异氰脲酸酯的技术路线，并预先通过预聚法将特殊多元醇与异氰酸酯制成改性剂，制得的聚氨酯改性聚异氰脲酸酯（PU-PIR）泡沫塑料既有热稳定性又有可加工性，满足了市场实际需要。
PU-PIR泡沫塑料具有耐热性能好、导热系数低、比强度高、脆性低、与固体物粘接力强、隔音、防腐和使用寿命长等特点，其阻燃性能也比未改性的聚氨酯硬泡好，是绝热保温的{sx}材料。该材料加工方便，既适合于在工厂预制成品，又适宜于现场施工与其它绝热材料相比（具有工程碰价低、占地1面积小、施工速度快、维修简单等优点。
1实验部分1.1主要原料及规格陵石油化工二厂；泡沫稳定剂B8462，德国高施米特公司；改性剂，自制；发泡剂CFC-11，常熟市三爱富氟化工有限公司；叔胺类催化剂PZA、T5，金坛市雨声化工研究所；三聚催化剂异辛酸钾（50%）、YQ-TA1、YQTA2，金坛市雨声化工研究所；季铵盐类催化剂TMB自制；多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI），牌号5005，美国Huntsman公司。
1.2基本配方原料配比（质量份）改性剂泡沫稳定剂B8462发泡剂CFC-11变量催化剂变量多异氰酸酯1.3发泡工艺~25°C温度下，将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、改性剂、催化剂和发泡剂按比例配制成组合聚醚（A组分），与一定量的PAPI（B组分）混合，立即用机械搅拌器高速（转速40001/min）充分搅拌10~20s快速将混合料注入预热至40°C的25cmX 25cmX25cm钢制模具中，待固化后（约需5min）脱模，在室1下放置陈化24后栽样测试（//wwwmkUet 2结果与讨论2.催化剂的筛选PZA和T5是叔胺类催化剂，主要对异氰酸酯和多元醇反应起催化作用；三聚催化剂异辛酸钾、7卩-TA1、YQTA2、TMB主要对异氰酸酯发生的三聚反应起催化作用。氨基甲酸酯改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料的制备中发生两种主要反应，需氨酯反应催化剂与三聚催化剂配合使用。催化剂的协同性有差异，本工作对几种催化剂进行复配活性实验，并在表1中列出了耐温性考核结果。
表1催化剂筛选试验结果实验序号催化剂PZA用量（质量份）催化剂T5用量（质量份）催化剂TMB用量（质量份）催化剂异辛酸钾用量（质量份）催化剂YQTA2用量（质量份）催化剂YQTA1用量（质量份）搅拌时间/s乳白时间/s升足时间/s不粘时间/s泡密度/kg°m3尺寸变化率/长度方向宽度方向高度方向初始滚动磨耗/注：本工作尺寸变化率和失重率都是表征耐高温性能的物理量，所有数据均是将泡沫塑料在150C烘箱中放置96h.冷却后测试。
从表1中看出，实验H-5所得泡沫塑料的尺寸变化率{zd1}，滚动磨耗也较低，耐热性{zh0}，发泡参数也能适合工业化生产。因此选用协同性好的T5和TMB复合催化体系。
2.改性剂的用量将特殊多元醇与二苯基甲烷二异氰酸酯按一定的OH/NCO摩尔比，通过预聚法制得端羟基改性剂，它是一种低聚物多元醇。
不同改性剂用量对泡沫性能的影响见表2.表2改性剂用量与组合聚醚粘度及泡性能的关系改性剂/N-2m质量比组合聚醚粘度（25C）/mPa-s泡塑料密度/kg.m3尺寸稳定性（体积变化率）％热失重率/%初始滚动磨耗/注：根据改性剂用量不同，泡沫配方中其它组分用量相应变化。
随着改性剂用量的减少，组合料粘度随之降低，反应时流动性提高，泡沫塑料的耐热性随之降低，热失重率随之减小。初始滚动磨耗值变化不大。从组合料粘度和泡沫性能考虑，为满足大多数生产的需要，改性剂用量确定为19份（多元醇总量100份）2.泡密度与耐温性的关系按基本配方，异氰酸酯指数确定为4.28，改变发泡剂用量，得到不同密度的泡沫。在150C烘箱中放置96h后，测定这些泡沫塑料的耐高温性能，表3中列出了测试结果。
表3泡密度与耐温性的关系泡密度/kg°m3尺寸变化率/%长度方向宽度方向高度方向热失重率/%由表3可以看出：异氰酸酯指数相同时，随着泡沫密度的增加，其尺寸变化率趋小，热失重率也随之降低，即耐温性随着泡沫密度的增加而改善。
2.异氰酸酯指数与泡耐温性的关系当配方中的异氰酸酯用量增加，相应异氰酸酯指数增加，泡沫塑料中异氰脲酸酯环数量增加。改变异氰酸酯指数及发泡剂用量，使泡沫密度基本相同，考察了异氰酸酯指数与泡沫耐温性的关系，结果见表4.表4异氰酸酯指数与泡耐温性的关系异氰酸酯指数泡密度/kgDm 3尺寸变化率/%长度方向宽度方向高度方向热失重率/%初始滚动磨耗/由表4看出，当泡密度基本相同时，随着异氰酸酯指数的增加，其尺寸变化率变小，即尺寸稳定性趋好；但初始滚动磨耗亦随之递增，即脆性变大。异氰酸酯指数为5.98所制得的密度为48.2kg/m3的泡沫塑料，其尺寸变化率小于3%.这也说明，随着异氰脲酸酯含量的增加，泡沫塑料的耐温性提高。
本工作对其它牌号的PAPI，如日本聚氨酯工业公司的MR200和M200、Bayer公司的44V20、BASF公司的M20S作了对比，所得泡沫的性能差别不大，故都可米用。
2.5催化剂用量与泡性能的关系表5催化剂用量对发泡参数和耐热性的影响实验序号催化剂T5用量/份催化剂TMB用量/份发泡时间/s升足时间/s凝固时间/s泡密度/kgDm 3尺寸变化率/%长度方向宽度方向高度方向热失重率/%初始滚动磨耗/在环境温度、物料温度及其它原料品种和用量相同的条件下，改变叔胺类催化剂T5和三聚催化剂TMB的用量，得到表5中的发泡参数及泡沫物性的测试数据。
从表5中看出，若维持催化剂总量不变，减少发泡催化剂T5的用量，增加三聚催化剂TMB的用量，则发泡时间延长，凝固时间（不粘时间）缩短。三聚催化剂有利于反应过程中异氰脲酸酯三聚环浓度增加，提高泡沫的耐温性。所以C-2样品的尺寸变化率低于C-1的。加入适量的聚氨酯发泡催化剂T5，有助于泡沫在发生三聚反应的同时也发生氨酯化反应，以达到改性的目的，降低泡沫脆性。
3优化配方及其泡性能3.1泡配方经试验得到的优化泡沫配方如下原料配比（质量聚醚多元醇N-204改性剂泡沫稳定剂B8462催化剂T5催化剂TMB发泡剂CFC-11多异氰酸酯3.2泡性能本工作研制的耐高温泡沫塑料与国外一种耐高温泡沫塑料2的性能对比见表6.表6本工作研制的耐高温泡塑料与Huntsman公司同类泡塑料产品的性能比较检测项目本产品英国ICI公司测试结果测试标准测试结果测试标准芯密度/kgDm3压缩强度/kPa尺寸变化率（长X宽X厚）％闭孔率/%吸水率/%滚动磨耗/%氧指数/%本产品的高温尺寸稳定性达到ICI公司（业务上现归美国Huntsman公司）水平，导热系数接近于国外产品水平。
4结论从上述结果和讨论可得出以下结论：a改性剂的用量对泡沫影响较大。随着改性剂用量的减少，组合料粘度随之降低，泡沫反应时流动性提高，耐热性随之降低，热失重率随之减小。
b通过调节氨酯反应催化剂与三聚催化剂的比例，可以提高泡沫的耐温性，降低泡沫的脆性。
c异氰酸酯指数增加，泡沫流动性降低，泡沫密度变大，耐温性好，失重率低，但泡沫脆性增加，滚动磨耗增大。
d本工作研制的耐高温聚氨酯泡沫塑料产品的测试结果基本接近国外同类产品水平。经试用，施工方便，保温性能优异，能达到耐150C高温的要求，使用后不开裂，不变形，导热系数由初始的21.4以％“11：0至高温放置后的23.11/（11：0，变化不是很大。本产品经过市场应用，顾客反应良好。