一. 何為聚異氰脲酸酯(PIR)
PIR全稱Polyisocyanurate Foam，中文名為“聚異氰脲酸脂”。聚異氰脲酸酯泡沫塑料是指分子結構中含有異氰脲酸酯環的泡沫塑料。異氰脲酸酯是有3個異氰酸酯基團在催化劑的作用下三聚反應生成的六元雜環。PIR泡沫塑料具有良好的阻燃性和耐熱性能。是一種具有特殊性能的硬質聚氨酯泡沫塑料。其特點如下：
1. 耐熱性好。可在120℃環境下長期使用，尺寸變化率小于1%，短期使用溫度可以更高，而普通的聚氨酯泡沫塑料只能在120℃以下使用。
2. 耐火焰貫穿性好。厚度25毫米的PIR板材用丙烷火焰對著它一側中心燃燒，30分鐘作用才能把PIR泡沫塑料板燒穿，而普通聚氨酯(PU)板材，在同等條件下，一般幾分鐘就燒穿了。
3. 燃燒時發煙率低。
二. 制備聚異氰脲酸酯的工藝路線及配方體系
1. 工藝路線：眾所周知，聚氨酯的化學反應主要是多元醇與異氰酸酯的反應，異氰脲酸酯的化學反應除存在異氰酸酯的三聚反應外，還存在聚氨酯的化學反應。故PIR的工藝路線有兩種不同的途徑，一種是先合成含有異氰酸酯環的多元醇，然后與異氰酸酯反應。目前此種方法應用較少。另一種是以異氰酸酯為主原料，在催化劑的作用下，生成含有異氰脲酸酯環的泡沫塑料，此種方式在工業生產中占主導地位。
2. 主要原料及配方體系
(1)異氰酸酯：主要是聚合MDI，主要牌號有：煙臺萬華聚氨酯有限公司的PM-200，巴斯夫的M20S，拜耳的44V20等牌號均可選擇使用。
(2)多元醇：聚酯、聚醚多元醇及阻燃多元醇等低分子多元醇均可使用，有技術和成本優勢的是芳香族聚酯多元醇。如金陵斯特潘(Stepan)公司的PS-3152，PS-2412等牌號，美國英威達(Invista)公司的Terate-2000，Terate-3000等牌號，國產品牌如青島瑞諾(Raynol)公司的PS-3152，PF-2012等牌號。
(3)催化劑：堿金屬鹽，如油酸鉀、醋酸鉀、異辛酸鉀;有機堿化合物如DMP-30，季銨鹽類催化劑都是常用且有效的催化劑品牌。
(4)硅油勻泡劑：有機硅表面活性劑類牌號很多，均可選擇使用。
(5)發泡劑：水，HCFC-141b，戊烷類均可使用。
3. 典型的配方舉例
(1)141b體系PIR板材經典配方(質量份) 表1
(2)HCFC-141b發泡體系不同厚度要求的PIR連續板材配方(質量份) 表2
(3)2012年度阻燃型連續板材配方體系
4.配方體系中異氰酸酯指數對泡沫阻燃性和性能影響
(1)在某特定的配方中，僅改變異氰酸酯指數，由此制得的泡沫塑料，其阻燃指數變化率如下：
(2)不同異氰酸酯指數的PIR材料的應用范圍
三. PIR連續板材生產工藝過程中應注意的幾個問題
1.聚酯多元醇的選擇
理論上，低分子量聚酯多元醇均可應用于PIR連續板材配方中，尤其是芳香族聚酯多元醇，因為具有較高的反應活性，更高的內熱溫度和更優異的阻燃特性而被廣泛使用。芳香族聚酯多元醇應用于聚氨酯改性PIR泡沫塑料被業內人士認為這是一次革命性的變化，自20世紀90年代起，美國夾芯板廠商大部分全部采用聚酯多元醇，據經濟分析，成本可以減少10%，制品的韌性優于聚醚型的。國外聚酯多元醇廠商多采用聚鄰苯二甲酸二乙二醇酯型，如斯特潘(Stepan)的PS-3152，PS-2412等系列產品。而國內廠商可能基于經濟成本的考慮也有部分采用對苯二甲酸(PTA)殘渣和聚酯(PET)回收瓶片作為原料生產聚酯多元醇的;由于原料來源、原料純度不易掌控，導致產品批次性不穩定，影響聚酯多元醇質量穩定性。特別是成品中游離的小分子化合物參差不齊，由此制得的PIR泡沫塑料在機械性能(如壓縮強度和尺寸穩定性)方面變化較大，建議采用國內外高端品牌的優質多元醇原料用于PIR泡沫塑料的生產，如斯科瑞化工有限公司生產的skr-315B系列普通聚酯及SKR--240B系列阻燃聚酯產品。
2.阻燃劑的選擇
一般的異氰脲酸酯型泡沫塑料可以在較低的氧指數條件下，在阻燃測試中其火焰傳播速度，發熱量，燃燒殘碳量，煙密度，有害氣體排放指標中有優異的表現，美國和歐洲建筑領域多年來的應用實踐也充分證明了這一點。但中國的相關標準，無論是GB/T8462-1997還是GB/T8462-2006標準均側重或依賴氧指數的測定，致使實踐中PIR體系的建筑板材，建筑生產商不得不采取另外的技術手段。比較常見的是采用大量添加非反應性的鹵代磷酸酯及磷酸酯類阻燃劑，且用量已接近或超過極限的添加劑用量范圍，以獲取短期的高氧指數阻燃性能測試，其結果是超過20%多元醇質量分數添加型阻燃劑的使用直接導致泡沫物理性能的降低，如壓縮強度、拉伸強度等指標的下降，更由于添加的普通鹵代磷酸酯阻燃劑多系小分子有機物，隨著使用時間的推移，由于小分子添加型阻燃劑的揮發，其阻燃性能呈下降趨勢。有業內專家談到，像二甲基磷酸酯(DMMP)及二(氯乙基)磷酸酯(TCEP)類阻燃劑，其半衰期只有6-12個月的時間。更嚴重的是，此類阻燃劑由于耐水解性能差，水解后產生的酸性物質會中和多元醇組分中的堿性胺類催化劑，導致PIR的反應活性下降，不能形成正常的泡沫塑料，特別是在夏季高溫高濕的環境下，配合好的組合料僅能穩定貯存一周到十天左右的時間，給正常生產帶來不利的影響，所以選擇恰當的阻燃劑很有必要，三(氯丙基)磷酸酯(TCPP)情況要好一點，配合好的組合料夏季正常可以存放一個月，冬季時間可以更長，缺點是阻燃效果差，必須相當的添加量才滿足阻燃氧指數的測試。選擇耐水解型反應型阻燃劑，是一條切實可行的路線，但滿足條件的阻燃劑品種太少且價格昂貴。實際上以鹵代苯酐反應生成的聚酯多元醇也可以被看做是一種反應型阻燃劑，歐美一些知名廠商在此方面做了大量的嘗試，例如美國大湖公司PHT 4 Diol是一類四溴苯酐的衍生物，溴含量達46%，20℃粘度9000mPa·s，常規被推薦用于聚氨酯硬泡生產，耐燒芯，具有良好的物理性能。瑞典蘇威(Solvoy Fluor)生產的Ixol B251是一種鹵代脂肪族聚醚三醇，羥值330mgKOH/g，溴含量31.5%，氯含量6.9%，粘度約7000 MPa·s,在多元醇中添加25%質量份可達離火自熄阻燃要求，可惜價格過于昂貴，難以普及使用。國內廠商也在開發曼希尼類雜環聚醚多元醇用于PIR硬泡的生產，僅從阻燃性講效果還不錯，但同樣存在價格太高的弊端難以推廣。
3.PIR連續板材生產中加工條件及工藝問題的探討
聚異氰脲酸酯化學反應中異氰酸酯三元環縮聚的條件是：足夠的反應溫度及反應時間，通常80℃以上的反應溫度才有利于PIR的化學反應，所以工藝與設備問題在PIR連續板材生產過程中顯得尤為重要。
① PIR體系中，由于異氰酸酯指數較高，故黑白料質量比相差較大，一般可達1.4：1～1.9：1，必須注意計量泵的比例問題，選擇高質量的計量泵。進口型的高壓機，注料壓力可達15MPa，當為首選;普通的低壓注料機就不適宜了。例如意大利PUMA公司生產的6組份專用生產設備，異氰酸酯、多元醇、阻燃劑、發泡劑、各種助劑，可根據實際情況選用2-6個原料儲罐，分別泵送混合，既解決了各組分的互溶問題，又避免了原料互相影響的貯存穩定性變差的問題，為保證生產出優異板材提供了強有力的硬件條件。
② PIR板材生產中，異氰酸酯的三聚反應，對溫度很敏感，溫度過低難以得到燃燒良好的制品。板材生產線、輸送帶上復合溫度以50-60℃為宜。對硬面金屬板材也需要預先加熱，事實上層壓機的溫度與配方中催化劑的設定量作用同等重要。流水線速度關系到泡沫的熟化時間，足夠長度的成型生產線對保證質量、提高勞動生產率是充分條件，否則只有降低流水線速度，以保證泡沫在線充分熟化時間。另外板材切割后，隨機堆碼進一步熟化，24小時熟化方可移動或處理，以免因為后熟化不徹底導致制品尺寸變化造成次品。
③ 連續板材生產線過程中表層有氣泡問題的探討
影響因素主要有以下幾個方面：
首先是硅油勻泡劑的影響。硅油的品種牌號以及添加量直接影響到聚氨酯泡沫制品的泡孔結構、導熱系數、壓縮強度及成型時物料流動及填充效果，選擇得當可有效減少產品表面的氣泡。文獻推薦高施米特的硅油B8471和B8457為效果較好的硅油〔*注1〕
其次，料溫、面層預熱溫度、混合壓力、布料器設計和布料方式對表面氣泡有明顯影響〔*注2〕
④ 面層與PIR板材粘接性問題
面層的材料類型就表面處理對成型時粘接強度有影響。通常PU/PIR對金屬、紡織品、木材等多孔極性材料的粘接力度就優于塑料類板材，特別是某些牌號的PVC樹脂面材。另外，不銹鋼、鋁材等金屬面材在壓型等工序中可能表面上有油污等殘留，會導致與PIR材料粘接不好，可采用高混火焰、電暈或表面涂膠等預處理方法解決。壓層機的溫度調整很重要，一般PIR泡沫與上面層的粘接強度要優于下面層，為彌補這一缺陷，有條件可設法讓壓層機下履帶的溫度略高于上履帶。
