聚氨酯催化剂科普-什么是聚氨酯叔胺催化剂

前言：

对于聚氨酯泡沫塑料的制备，一般需要面临三种反应：异氰酸酯-羟基反应、异氰酸酯-水反应，异氰酸酯-异氰酸酯反应。因此需要不同类型，不同功效的催化剂来满足不同的需求。

聚氨酯催化剂从类别上一般分为叔胺催化剂和金属催化剂，而叔胺催化剂是最广泛用于制造聚氨酯泡沫的催化剂，根据结构可分为脂肪族叔胺如：双(二甲胺基乙基)醚BDMAEE，芳族/脂环族叔胺如N-甲基吗啉NEM和杂环叔胺三乙烯二胺TEDA，如下图所示：


作用：

叔胺催化剂具有反应选择性：促进异氰酸酯与水的反应，通常被认为是发泡催化剂；促进异氰酸酯与多元醇反应的叔胺通常被认为是凝胶催化剂。但大多数发泡型叔胺催化剂对凝胶反应也有所贡献，凝胶型叔胺催化剂同时对发泡反应也有贡献。

可以选择一种或多种类型的叔胺催化剂，通过用量来满足工艺要求，例如乳白时间，上升曲线，凝胶时间甚至表皮的熟化。在聚氨酯泡沫体系中，为了平衡凝胶和发泡反应而使用了各种胺的组合，以便可以适当地控制发泡过程。



介绍：

凝胶催化剂：三乙烯二胺TEDA

在早期两步法（预聚体法）生产聚氨酯软质泡沫，因先要制备异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，再与水进行发泡反应，过程难以控制。自DABCO 1，4-二氮杂双环[2,2,2]辛烷（也称三乙烯二胺TEDA）发明问世以来，作为独特的催化剂配合有机硅表面活性剂，通过一步法代替预聚物工艺。这些原材料的首次出现使聚氨酯泡沫行业有了长足的发展。详见文章：《科普第一课-聚氨酯是什么材料》。

三乙烯二胺TEDA加快了仲OH基团与NCO基团的反应，在反应的适当平衡下加速链增长和二氧化碳的释放，消除了费时的预聚物制备从而进入一步法时代。

由于初期三乙烯二胺TEDA相对较高的成本，开发出其他催化剂的组合，如胺锡复合型催化剂。但因技术的进步且已国产化，三乙烯二胺TEDA成为聚氨酯行业标准凝胶催化剂的标杆。



发泡催化剂：双(二甲胺基乙基)醚BDMAEE

在模塑高回弹和软质块状配方中，通常将双（二甲基氨基乙基）醚BDMAEE用作发泡催化剂。由于其化学结构具有高碱性，与水可以络合，强烈促进异氰酸酯与水的反应，产生大量二氧化碳气体，可使泡沫密度降低。

双（二甲基氨基乙基）醚BDMAEE因发泡催化活性高，可提高聚氨酯发泡的前期反应时间，改善流动性。双（二甲基氨基乙基）醚BDMAEE用于控制产生气体的反应的功效（发泡反应）约占80%，用于控制凝胶反应的功效（凝胶反应）约占20%。绝大多数泡沫配方将BDMAEE与众所周知的凝胶催化剂三亚乙基二胺TEDA结合使用以平衡发泡反应。



发展：

低气味的需求：

一些叔胺催化剂会给泡沫留下残留的气味，这是由于残留在泡沫结构中的叔胺催化剂蒸发并释放出胺味，这可能会限制它们在汽车内饰、床上用品和软垫家具等应用中的使用。许多催化剂供应商已经引入了含有异氰酸酯反应性基团的催化剂，以帮助将分子结合到聚合物网络中，但通常会降低叔胺催化剂的催化效率。

延迟催化剂：

为了追求更好的模内流动性和更快的固化的需求，以及在双硬度发泡工艺中平衡泡沫反应性的需求，导致了延迟作用催化剂的开发。



总结：

叔胺催化剂是制备聚氨酯泡沫最广泛的催化剂，催化活性取决于它的结构和碱性。

叔胺的选择会影响泡沫性能如物理性能参数、回弹率、开/闭孔，表面固化等。太强的发泡催化剂/较高的发泡催化剂用量会导致泡沫塌陷，而太强的凝胶催化剂/较高的凝胶催化剂用量会导致闭孔泡沫，从而导致收缩。凝胶和发泡反应只有良好的平衡，才能形成开孔，性能良好的泡沫。



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