聚氨酯软泡材料核心原材料知识讲解：异氰酸酯类

一、异氰酸酯的基础定义与结构特征
异氰酸酯是分子结构中含有异氰酸酯基团（－N＝C＝O）的化合物，其结构通式为 R－（NCO）n，其中 R 代表烷基、芳基、脂环基等，n 为 1、2、3… 等整数。在聚氨酯材料合成中，核心使用 n≥2 的多官能度异氰酸酯化合物，这类化合物是构建聚氨酯分子链的关键基础，通过与含活泼氢的化合物反应形成聚氨酯特征结构。


二、异氰酸酯的分类方式
（一）按异氰酸酯基团数量分类
主要关注二异氰酸酯，核心品种包括 TDI（甲苯二异氰酸酯）、MDI（二苯基甲烷 - 4，4‘- 二异氰酸酯）、HDI（六亚甲基二异氰酸酯）、NDI（萘 - 1,5 - 二异氰酸酯）、PPDI（对苯二异氰酸酯）、IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）等，这类化合物因含两个官能团，能有效实现分子链的增长与交联。

（二）按主链结构分类

• 脂肪族异氰酸酯：代表品种为 HDI，具有优良的耐候性、不泛黄特性，适合对外观稳定性要求高的制品。
• 脂环族异氰酸酯：主要有 IPDI、HMDI 等，兼具脂肪族异氰酸酯的耐候性和一定的力学性能，反应活性相对温和。
• 芳香族异氰酸酯：包括 MDI、PAPI（多苯基甲烷多异氰酸酯）、PPDI、NDI 等，反应活性较高，制品力学性能优异，是聚氨酯软泡、硬泡等产品的常用原料。
  

三、核心异氰酸酯品种详解
（一）甲苯二异氰酸酯（TDI）

• 工业规格：工业产品主要有三种类型 —— 纯 2,4-TDI（TDI 100）、TDI 80/20（含 80% 2,4 - 异构体和 20% 2,6 - 异构体）、TDI 65/35（含 65% 2,4 - 异构体和 35% 2,6 - 异构体）。其中 TDI 80/20 生产成本最低，是工业应用最广、产量最大的品种，核心用于软泡生产；TDI 65/35 则适用于承载能力要求较高的泡沫制品。
• 理化性能：常温下为无色透明至淡黄色液体，有刺激性气味，遇光颜色变深；相对密度 1.22±0.01（25℃），沸点 251℃，闪点 132℃（闭杯）；不溶于水，可溶于丙酮、乙酸乙酯和甲苯等有机溶剂；易与胺、水、醇等含活泼氢化合物反应，与水反应生成二氧化碳是聚氨酯泡沫发泡的关键反应之一，需避免受潮储存。
• 应用要点：TDI 用量通过异氰酸酯指数（实际用量与理论计算值的比值）控制，软质块状泡沫生产中，指数通常为 105~115。指数增大时，泡沫硬度提升，但撕裂强度、拉伸强度和断裂伸长率下降；指数过高易形成大孔、闭孔，导致熟化时间延长甚至烧芯；指数过低则泡沫易产生裂纹，回弹性和强度不足，压缩永久变形增大。
  

（二）二苯基甲烷 - 4，4‘- 二异氰酸酯（MDI）

• 基本特性：有 4,4’-、2,4’-、2,2’- 三种异构体，常温下为白色至淡黄色熔融固体；熔点 40~41℃，沸点 156~158℃（1.33kPa），密度 1.19（50℃/4℃），闪点 202℃（开杯），有毒性；蒸气压低，安全性优于 TDI。
• 核心用途：纯 MDI 主要用于反应注射成型（RIM）组合料、热塑性弹性体（TPU）、浇注弹性体和 Spandox 弹性纤维；改性 MDI 广泛用于涂料、黏合剂、密封胶等；作为聚氨酯泡沫塑料和弹性体的主要原料，其制品具有高抗撕裂强度、耐低温柔软性、低导热系数和良好化学稳定性，广泛应用于模塑泡、合成革、人造革涂层、软质和硬质泡沫，尤其在建筑材料领域需求突出。
  

（三）多苯基甲烷多异氰酸酯（PAPI，聚合 MDI / 粗品 MDI）

• 物质组成：由 50% MDI 与 50% 官能度大于 2 的多异氰酸酯组成的混合物，浅黄色至褐色粘稠液体，有刺激性气味；相对密度（20℃/20℃）1.2，燃点 218℃，溶于氯苯、邻二氯苯、甲苯等；活性低，蒸气压仅为 TDI 的百分之一，毒性极低。
• 关键特性：升温时易发生自聚，适合用于需要较高交联度的聚氨酯制品，是硬质泡沫塑料的重要原料，也可用于黏合剂、涂料等领域，能提升制品的强度和耐热性。
  

（四）液化 MDI
为克服纯 MDI 常温下为固体、使用需融化且多次加热影响性能的缺陷，通过改性得到液化 MDI，主要类型包括：

• 氨基甲酸酯（urethane）改性液化 MDI；
• 碳化二亚胺（carbodiimide）和脲酮亚胺（uretonimine）型改性液化 MDI；
• 掺合型液化 MDI，使用更便捷，适配各类常温加工场景。
  

（五）特殊异氰酸酯品种

• 六亚甲基二异氰酸酯（HDI）：无色透明液体，有刺鼻催泪气味；密度 1050 kg/m³（25℃），沸点 261℃（1013 hPa），闪点 130℃（闭口）；作为脂肪族二异氰酸酯（ADI）的核心品种，约占 ADI 总需求量的 60%，多制备成缩二脲或三聚体，用于生产不泛黄、耐候性强的聚氨酯涂料、弹性体、胶黏剂和密封剂，广泛应用于航空、汽车、建筑、木器、塑料、皮革等领域。
• 异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）：分子式 C12H18N2O2，分子量 222.29，无色至微黄色液体；相对密度 1.0615，熔点 -60℃，沸点 158℃（15 mmHg），闪点 >110℃，水溶性 <0.1g/100ml（25℃）；属于不变黄脂肪族异氰酸酯，反应活性低于芳香族异氰酸酯，蒸气压低；制品具有优秀的耐光学稳定性和耐化学药品性，用于制造高档聚氨酯胶黏剂，也是复合推进剂聚氨酯粘合剂中羟基预聚物的固化剂。
• 对苯二异氰酸酯（PPDI）：白色至淡黄色结晶，熔点 94℃，沸点 260℃，相对密度 1.17，闪点 92.4℃；是合成高性能聚氨酯弹性体的核心原料，制品力学强度高、耐热性好，适用于对性能要求苛刻的弹性体产品。
• 萘 - 1,5 - 二异氰酸酯（NDI）：分子式 C12H6N2O2，分子量 210.19，密度 1.45，熔点 130℃，沸点 244℃（100 TORR），水溶性良好；用于合成异氰酸酯，是涂料、粘接剂、氨基甲酸酯的原料，也可作为农药、医药中间体。