异氰酸酯是聚氨酯工业核心原材料，尤其使用特种异氰酸酯更是提高相关制品性能的关键技术，目前我国固体推进剂绝大部分仍采用通用异氰酸酯固化体系。
1 固体推进剂用特种异氰酸酯
目前通用异氰酸酯品种主要包括甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、六亚甲基己二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）等，TDI、MDI、HDI及IPDI的各类改性品种也属于通用异氰酸酯范畴。除上述通用异氰酸酯外，其他统称特种异氰酸酯。近年来，国内外开发出一系列新型异氰酸酯：按组成可分为含硅异氰酸酯、含氟异氰酸酯、含铁（二茂铁衍生物）异氰酸酯等；按使用原料可分为生物基原料及非生物基原料异氰酸酯，其中典型的生物基异氰酸酯包括二聚酸二异氰酸酯（DDI）、赖氨酸异氰酸酯（LMDI）。
适合推进剂使用的特种异氰酸酯，必须能改善固体推进剂力学性能、燃烧性能、储存性能等，而且还需兼顾可降解性能、生物再生性、毒性、成本等。结合项目组多年来工作及国内外文献，对特种异氰酸酯在固体推进剂中的应用进行总结，并将特种异氰酸酯分为单官能度、二官能度、多官能度来进行分别叙述。
1.1 单官能度
单官能度异氰酸酯在固体推进剂中主要用于黏合剂端基改性、表面处理等，适合作为固体推进剂的单官能度异氰酸酯包括三甲基硅氧乙基异氰酸酯、十八烷基异氰酸酯等。
1.2 二官能度
目前固体推进剂使用的二官能度固化剂为TDI、IPDI及HDI等，均为有毒化学品，并且生产过程中使用剧毒光气、氢氰酸，急需低毒、生产过程绿色的特种异氰酸酯替代。采用非光气工艺生产的DDI、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯（TMXDI）具有低毒特性，是TDI、IPDI及HDI最适宜的替代品。
基于提高固体推进剂能量、燃烧性能、热稳定性等性能，一系列含能、含氟异氰酸酯在固体推进剂配方中得到应用，代表性品种有3–硝基–氮杂戊烷–1,5–二异氰酸酯、双（1,1–二氢全氟二异氰酸酯丙醚）。综合考量，DDI、TMXDI及3–硝基–氮杂戊烷–1,5–二异氰酸酯是适合固体推进剂使用的二官能度特种异氰酸酯。
1.3 多官能度
目前固体推进剂中使用的固化剂N–100(Desmodur–100、L–2291A）是以HDI为原料制备的，分子中含脲基（—N—CO—N—）的2～5个HDI缩聚物的混合物，异氰酸酯平均官能度大于3。综合考量，用作固体推进剂最理想多官能度固化剂需满足以下3点：①全部为伯异氰酸酯；②三官能度；③不含缩二脲基团。
2 特种异氰酸酯在推进剂中的应用
2.1 单官能度特种异氰酸酯
2.1.1 三甲基硅氧乙基异氰酸酯
在采用端仲羟基聚叠氮缩水甘油醚（GAP）和异氰酸酯（N–100）反应制备胶片和推进剂时发现，由于GAP端基基本均为仲羟基，导致所制备的胶片和推进剂的拉伸强度、延伸率均较低。因此，采用端仲羟基GAP和三甲基硅氧乙基异氰酸酯反应，水解脱三甲基硅醇，得伯羟基GAP。
2.1.2 十八烷基异氰酸酯
研究者们在研制含Catocene(2,2–双乙基二茂铁基丙烷）高燃速固体推进剂时使用了一种含十八烷基异氰酸酯的工艺助剂，其由1,3,5,7,9–五氮杂壬烷、丙烯腈、2,3–环氧–1–丙醇和十八烷基异氰酸酯常温反应制备，可提高推进剂工艺性能和力学性能。
2.2 二官能度特种异氰酸酯
2.2.1 DDI
从20世纪60年代开始，国外一直将DDI用作固体推进剂的固化剂，与TDI、IPDI体系推进剂相比，DDI体系推进剂具有毒性低，工艺性能、耐水性能、储存性能、低温性能好的特点，而且压强指数相比IPDI体系推进剂低。鉴于DDI体系推进剂上述显著优点，国外一直将其用于多个主战武器型号，近年国内一些相关单位也开始进行DDI体系推进剂研究。
2.2.2 TMXDI
美国陆军部针对目前固体推进剂使用的IPDI固化剂本土不生产的现状，进行TMXDI取代IPDI的研究，结果表明，TMXDI可完全代替IPDI，并且还具有如下优势：①TMXDI采用非光气工艺生产；②在推进剂加工过程中，与IPDI相比TMXDI具有更低的黏度、更长的适用期；③当推进剂固化温度变化时，与IPDI相比TMXDI具有更低敏感性。因此，TMXDI是固体推进剂适宜的固化剂。
2.2.3 3–硝基–氮杂戊烷–1,5–二异氰酸酯
3–硝基–氮杂戊烷–1,5–二异氰酸酯是适于固体推进剂使用的一种重要含能异氰酸酯。文献披露3–硝基–氮杂戊烷–1,5–二异氰酸酯可用于一些含能树脂合成，进而用作炸药、推进剂原材料。
2.3 多官能度特种异氰酸酯
2.3.1 1,3,5–三异氰酸酯戊烷
N–100、L–2291是固体推进剂常用的多官能度固化剂，在进行PDNPA（聚丙烯酸二硝基丙基酯）/PEG（聚乙二醇）双网络硝酸酯增塑推进剂研究时，发现N–100、L–2291固化推进剂拉伸强度和延伸率偏低，无法满足使用需求，分析认为是N–100、L–2291含有脲基结构的六元环化合物导致了这一结果，为此他们合成了1,3,5–三异氰酸酯戊烷（PTI），并将其用于PDNPA/PEG双网络硝酸酯增塑推进剂。
3 结束语
异氰酸酯不仅是聚氨酯工业核心原材料，而且是目前大多数固体推进剂使用的固化剂。在固体推进剂中，异氰酸酯对固体推进剂的力学性能、工艺性能及燃烧性能有重要影响。三甲基硅氧乙基异氰酸酯、十八烷基异氰酸酯、DDI、TMXDI、3–硝基–氮杂戊烷–1,5–二异氰酸酯、1,3,5–三异氰酸酯戊烷及1,3,5–三（异氰酸酯甲基）环己烷等特种异氰酸酯是固体推进剂的优良固化剂，在提高固体推进剂局部、整体性能方面具有显著作用，全面推进上述特种异氰酸酯在固体推进剂中的应用，是进一步提高我国固体推进剂综合性能的重要研究方向。
