硬质聚氨酯的多元醇特点

粘弹性聚氨酯（软泡，半硬泡聚氨酯泡沫，弹性体，胶粘剂，涂料，密封剂，粘弹性纤维，微孔弹性体）是聚氨酯最大的商业应用领域，约占72%的份额。硬质聚氨酯，特别是硬泡，代木，漂浮物，包装材料，约占28%。

用于硬泡的多元醇特点为：分子链高度支化，高官能度(约 3-8 hydroxyl groups/mol) ，从羟基延伸出的链段很短（相对分子量低）。由于这些结构特点，这种多元醇与芳香族二异氰酸酯（如粗MDI，或者聚合MDI/PAPI）反应，将得到高度交联的刚性的聚氨酯结构。相对分子量低，聚氨酯基团密度高，导致分子链间非常强的氢键作用力，以及高刚性。因此，硬质聚氨酯（主要是硬泡）所用多元醇的羟值比软泡高很多，大部分在300-600 mg KOH/g（一些特殊的多元醇可能不在这个范围，如200-300 mg KOH/g 和 600-800 mg KOH/g）。这些高密度羟基，使得羟基之间的氢键密度很高，直接导致了多元醇分子链间的作用力很大，体系粘度很高。一般而言，硬质聚氨酯所用多元醇，比粘弹性PU要高很多，范围2,000 – 50,000 mPa-s at 25 °C.

随着芳香族多元醇的开发和在PU硬泡中的使用，证明了芳香环结构（移动性小，高刚性）的存在，对聚氨酯的刚性有重大贡献。比如，低官能度的芳香族多元醇（f = 2.3-3 hydroxyl groups/mol;曼尼期多元醇，芳香族聚酯多元醇，酚醛基多元醇），与粗MDI反应，可以得到高刚性的聚氨酯结构。

微孔结构的硬泡通过两种方式形成：反应型，用水作为一个反应型发泡剂（水和-NCO反应生成CO2），非反应型，低沸点的发泡剂（如戊烷，氢氟碳化物），通过羟基和多元醇与-NCO反应放热挥发，同时形成聚氨酯聚合物，以及微孔结构。

如果说软泡主要是开孔结构，那硬泡就主要是闭孔结构了（90%以上都是闭孔），这种结构赋予了硬泡PU极佳的隔热性。因此，硬泡的最主要应用是隔热，冷柜的中低温，建筑和房屋的隔热，化工储罐和食品行业的隔热，管道，建筑原件（三明治板）等。硬泡PU是目前已知的最好的隔热材料，在所有材料中拥有最低的热传导系数（K系数）。使用PU硬泡作为隔热材料，可以降低能耗，如原油储罐，降低90%，建筑房屋，降低50%。

硬泡原料最重要的多元醇，是聚醚和芳香族聚酯。基于芳香族化合物与醛类缩聚的芳香族聚醚，也日益成为一种重要的多元醇，特别是在新的发泡剂引入之后。

多元醇的结构对硬泡的机械力学性能，耐热性能，耐火阻燃性能，有重要的影响。官能度越高，压缩强度更高，尺寸稳定性更佳，耐热性更好，而拉伸强度和伸长率下降。如官能度和羟值相同，刚性更大的脂环族或芳香族多元醇（分子移动性小），比脂肪族多元醇（分子移动性大）所合成的硬泡具有更好的机械力学性能，耐热性能。

一般而言，聚醚制得的硬泡相比聚酯，要更软一些，耐水解性更好一些。同时，聚酯基硬泡比聚醚的耐温性更好，阻燃性更佳。植物基多元醇用于硬泡，将赋予更好的疏水性，以及与戊烷（发泡剂）极佳的相容性。