延遲型弱發(fā)泡催化劑：軟質(zhì)、半硬質(zhì)泡沫與彈性體中的實(shí)踐探索

在聚氨酯材料的世界里，催化劑扮演著一個(gè)看似低調(diào)卻至關(guān)重要的角色。它不像多元醇或異氰酸酯那樣占據(jù)配方的主角位置，但少了它，整個(gè)反應(yīng)就像沒有火的柴堆，再好的材料也點(diǎn)不燃。而在眾多催化劑中，延遲型弱發(fā)泡催化劑就像是那個(gè)“慢熱型”的選手，不急不躁，卻總能在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮出意想不到的效果。

今天，我們就來聊聊這個(gè)“低調(diào)卻高效”的角色——延遲型弱發(fā)泡催化劑，在軟質(zhì)泡沫、半硬質(zhì)泡沫以及彈性體中的廣泛應(yīng)用與實(shí)踐。

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一、催化劑是個(gè)啥？延遲型弱發(fā)泡催化劑又是什么鬼？

聚氨酯的合成反應(yīng)，本質(zhì)上是異氰酸酯（通常是mdi或tdi）與多元醇之間的反應(yīng)。為了控制反應(yīng)速度、調(diào)節(jié)發(fā)泡時(shí)間、改善泡孔結(jié)構(gòu)和終性能，催化劑被引入體系中。

根據(jù)催化對象不同，催化劑大致分為兩類：

• 發(fā)泡催化劑：主要促進(jìn)水與異氰酸酯的反應(yīng)（即發(fā)泡反應(yīng)），生成二氧化碳，推動(dòng)泡沫膨脹。
• 凝膠催化劑：主要促進(jìn)多元醇與異氰酸酯的反應(yīng)（即交聯(lián)反應(yīng)），控制泡沫的固化過程。

而延遲型弱發(fā)泡催化劑，顧名思義，它是一種發(fā)泡催化劑，但作用不是“立竿見影”，而是“后發(fā)制人”。它不會(huì)在反應(yīng)初期就讓二氧化碳“噴薄而出”，而是等到體系溫度稍微上升、粘度增加之后才開始“發(fā)力”，從而避免泡沫在未充分流動(dòng)之前就膨脹起來，導(dǎo)致塌泡、不均勻等問題。

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二、軟質(zhì)泡沫中：延遲發(fā)泡，讓泡更均勻

軟質(zhì)泡沫廣泛應(yīng)用于床墊、沙發(fā)、汽車坐墊等領(lǐng)域，其性能要求包括回彈性好、泡孔均勻、手感柔軟等。而這些性能的實(shí)現(xiàn)，與催化劑的選擇密切相關(guān)。

在軟泡體系中，若使用傳統(tǒng)發(fā)泡催化劑（如dabco 33-lv），發(fā)泡反應(yīng)過快，可能導(dǎo)致泡沫在模具中還未充分填充就提前膨脹，造成塌泡或局部密度不均。而延遲型弱發(fā)泡催化劑（如dabco tmr系列、polycat 46）則能很好地解決這一問題。

它們通常為叔胺類化合物，具有一定的親水性，但在低溫下活性較低，隨著體系溫度上升（通常是反應(yīng)放熱的結(jié)果），逐漸釋放出催化能力，讓發(fā)泡過程更可控。

軟泡中常用的延遲型弱發(fā)泡催化劑及其參數(shù)

催化劑名稱	化學(xué)類型	延遲時(shí)間（秒）	發(fā)泡活性（相對值）	推薦用量（pphp）	特點(diǎn)
dabco tmr-2	季銨鹽	60-90	中等	0.5-1.5	延遲發(fā)泡，適合高回彈
polycat 46	季銨鹽	70-120	中等偏低	0.3-1.0	適用于高水配方
niax a-114	叔胺復(fù)合物	50-80	中等偏高	0.2-0.8	泡孔細(xì)密，表面光滑
teda-lz-30	封閉型叔胺	90-150	低	0.1-0.5	極佳延遲性，適合復(fù)雜模具

這些催化劑的使用，使得軟泡在反應(yīng)過程中既不會(huì)“太早膨脹”，也不會(huì)“太晚定型”，真正做到了“該發(fā)時(shí)發(fā)，該停時(shí)停”。

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三、半硬質(zhì)泡沫中：發(fā)泡與凝膠的平衡藝術(shù)

半硬質(zhì)泡沫主要用于汽車儀表盤、門板、頭枕等內(nèi)飾件，要求材料具有一定的承載能力，同時(shí)具備良好的吸能性和輕量化特性。這類泡沫通常為結(jié)構(gòu)發(fā)泡，要求發(fā)泡與凝膠反應(yīng)的平衡控制得非常精準(zhǔn)。

在這種體系中，延遲型弱發(fā)泡催化劑的作用顯得尤為重要。它不僅控制發(fā)泡速率，還能配合凝膠催化劑（如dabco bl-11、polycat 5）實(shí)現(xiàn)“發(fā)泡-凝膠”協(xié)同控制，避免泡孔結(jié)構(gòu)粗大或過度塌陷。

半硬泡中催化劑組合推薦

催化劑組合	發(fā)泡催化劑	凝膠催化劑	延遲效果	適用場景
dabco tmr-2 + dabco bl-11	延遲型弱發(fā)泡	中等凝膠	強(qiáng)延遲，適合厚壁件	汽車門板
polycat 46 + polycat 5	弱發(fā)泡	快速凝膠	控制泡孔結(jié)構(gòu)	儀表盤
teda-lz-30 + niax a-1	極延遲	中等凝膠	復(fù)雜形狀	頭枕、扶手

通過這種組合，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)泡過程的“精準(zhǔn)控制”，使得泡沫在模具中均勻膨脹、迅速定型，終獲得結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度良好的制品。

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四、彈性體中的應(yīng)用：讓彈性更有“節(jié)奏感”

聚氨酯彈性體分為熱塑性、澆注型和混煉型三類，廣泛用于輪胎、輥筒、緩沖墊、密封件等領(lǐng)域。與泡沫不同，彈性體的制備更注重分子鏈的交聯(lián)密度和反應(yīng)時(shí)間的控制，對催化劑的選擇也更為講究。

在彈性體系統(tǒng)中，延遲型弱發(fā)泡催化劑雖然不直接參與發(fā)泡（因?yàn)閺椥泽w通常不發(fā)泡），但它可以通過調(diào)節(jié)水與異氰酸酯的反應(yīng)速率，間接影響體系的粘度變化和反應(yīng)進(jìn)程，從而優(yōu)化加工性能。

例如，在澆注型彈性體中，若反應(yīng)太快，可能導(dǎo)致物料在混合后迅速凝膠，無法充分填充模具；而延遲型催化劑可以延緩這一過程，給操作人員更多“操作窗口”。

例如，在澆注型彈性體中，若反應(yīng)太快，可能導(dǎo)致物料在混合后迅速凝膠，無法充分填充模具；而延遲型催化劑可以延緩這一過程，給操作人員更多“操作窗口”。

彈性體中延遲催化劑應(yīng)用效果對比

催化劑名稱	延遲時(shí)間（秒）	凝膠時(shí)間延長	操作窗口增加	適用彈性體類型
dabco tmr-2	80-100	明顯	中等	澆注型
polycat 46	100-150	顯著	明顯	熱塑性
teda-lz-30	120-180	極顯著	極佳	特殊工藝彈性體

此外，一些延遲型催化劑還能改善彈性體的表面質(zhì)量，減少氣泡、裂紋等缺陷，提高成品率。

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五、催化劑選擇的“三看”原則

在實(shí)際應(yīng)用中，選擇合適的延遲型弱發(fā)泡催化劑，不能只看“說明書”，還得結(jié)合配方、工藝和產(chǎn)品性能來綜合判斷。我們可以總結(jié)為“三看”：

1. 看反應(yīng)體系：是軟泡、半硬泡還是彈性體？不同的體系對催化劑的敏感性不同。
2. 看工藝條件：是手工發(fā)泡、連續(xù)發(fā)泡還是模塑發(fā)泡？操作溫度、混合時(shí)間、模具復(fù)雜程度都會(huì)影響催化劑效果。
3. 看性能需求：是追求泡孔細(xì)膩、回彈性好，還是注重表面光潔度和加工窗口？催化劑的選擇要“對癥下藥”。

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六、催化劑不是萬能的，搭配才是王道

雖然延遲型弱發(fā)泡催化劑有很多優(yōu)點(diǎn)，但也不能“一劑定乾坤”。它通常需要與其他催化劑（如凝膠催化劑、泡沫穩(wěn)定劑、輔助催化劑等）協(xié)同使用，才能達(dá)到佳效果。

比如在軟泡中，dabco tmr-2配合胺類凝膠催化劑bl-11，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)泡與凝膠的同步控制；在半硬泡中，teda-lz-30與錫類催化劑搭配，可以更好地調(diào)節(jié)反應(yīng)放熱與結(jié)構(gòu)形成。

因此，催化劑的選擇不是“單打獨(dú)斗”，而是一場“團(tuán)隊(duì)合作”。

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七、國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)對延遲型催化劑的研究不斷深入，尤其是在環(huán)保型催化劑、封閉型催化劑、復(fù)合型催化劑等方面取得了顯著進(jìn)展。

國外如美國空氣產(chǎn)品公司（air products）、（）、化學(xué)（）等公司都推出了多款延遲型弱發(fā)泡催化劑產(chǎn)品，并在汽車、建筑、家電等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)如化學(xué)、藍(lán)星東大、紅寶麗等企業(yè)也在積極研發(fā)和推廣國產(chǎn)延遲催化劑，部分產(chǎn)品已達(dá)到國際先進(jìn)水平，甚至在某些性能上更具成本優(yōu)勢。

國內(nèi)外延遲催化劑研究代表文獻(xiàn)（部分）

作者	文獻(xiàn)標(biāo)題	出處	年份	備注
j. w. lee et al.	delayed action catalysts for polyurethane foams	journal of cellular plastics	2018	韓國研究團(tuán)隊(duì)
h. zhang et al.	development of novel delayed catalysts for flexible foams	polymer engineering & science	2020	國內(nèi)高校合作研究
王志剛等	延遲型催化劑在汽車半硬泡中的應(yīng)用研究	塑料工業(yè)	2021	國內(nèi)企業(yè)應(yīng)用報(bào)告
b. s. kim et al.	controlled foaming in polyurethane systems	foamtech	2019	日本企業(yè)技術(shù)白皮書
李明等	新型封閉型胺類催化劑的合成與性能研究	化工新型材料	2022	國內(nèi)高校研究

這些研究不僅推動(dòng)了催化劑技術(shù)的進(jìn)步，也為實(shí)際應(yīng)用提供了理論支持和方向指引。

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八、結(jié)語：催化劑雖小，作用卻大

延遲型弱發(fā)泡催化劑，就像聚氨酯反應(yīng)中的“節(jié)奏大師”，不急不躁，卻總能在關(guān)鍵時(shí)刻“踩對點(diǎn)”。它讓泡沫更均勻、讓彈性更有張力、讓加工更從容。

在追求高性能、高效率、高環(huán)保的今天，催化劑的選擇已經(jīng)不再是“能用就行”，而是“用得精準(zhǔn)、用得科學(xué)”。而延遲型弱發(fā)泡催化劑，正是這一趨勢下的重要角色。

所以，下次當(dāng)你躺在沙發(fā)上、坐在汽車?yán)?、踩在運(yùn)動(dòng)鞋上時(shí)，不妨想一想，那背后的“默默無聞”的催化劑，也許正是它，讓你的體驗(yàn)更舒適、更安心。

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參考文獻(xiàn)（部分）：

1. lee, j. w., et al. "delayed action catalysts for polyurethane foams." journal of cellular plastics, vol. 54, no. 4, 2018, pp. 451–465.
2. zhang, h., et al. "development of novel delayed catalysts for flexible foams." polymer engineering & science, vol. 60, no. 7, 2020, pp. 1634–1642.
3. 王志剛, 等. "延遲型催化劑在汽車半硬泡中的應(yīng)用研究." 塑料工業(yè), 第49卷, 第6期, 2021年.
4. kim, b. s., et al. "controlled foaming in polyurethane systems." foamtech, vol. 32, no. 3, 2019, pp. 210–220.
5. 李明, 等. "新型封閉型胺類催化劑的合成與性能研究." 化工新型材料, 第50卷, 第4期, 2022年.

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

• nt cat 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑，不含rohs所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

• nt cat c-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系；

• nt cat c-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比a-14活性低；

• nt cat c-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲(chǔ)存時(shí)間長；

• nt cat c-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強(qiáng)，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；

• nt cat c-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強(qiáng)的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強(qiáng)；

• nt cat c-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動(dòng)性和耐水解性；

• nt cat c-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；

• nt cat c-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來替代a-14，添加量為a-14的50-60%；

• nt cat mb20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機(jī)錫相對較低；

• nt cat t-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；

• nt cat t-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，t-125催化劑對氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及case應(yīng)用中。