研究延遲型弱發(fā)泡催化劑在吸能泡沫、減震泡沫和阻燃泡沫中的mdi應(yīng)用潛力
延遲型弱發(fā)泡催化劑在吸能泡沫、減震泡沫和阻燃泡沫中的mdi應(yīng)用潛力
在聚氨酯材料的世界里，mdi（二苯基甲烷二異氰酸酯）猶如一位不可或缺的主角，它不僅在泡沫材料中扮演著核心角色，更在吸能、減震以及阻燃等高性能泡沫領(lǐng)域中展現(xiàn)出驚人的潛力。而在這其中，延遲型弱發(fā)泡催化劑則像是一個(gè)“幕后推手”，它不顯山露水，卻在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮著不可替代的作用。
今天，我們就來聊聊這個(gè)“低調(diào)的英雄”——延遲型弱發(fā)泡催化劑，以及它在吸能泡沫、減震泡沫和阻燃泡沫中與mdi的“聯(lián)姻”故事。
一、mdi：聚氨酯世界的“硬漢型主角”
mdi，全稱是二苯基甲烷二異氰酸酯，是一種廣泛應(yīng)用于聚氨酯合成的二異氰酸酯類化合物。其分子結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)異氰酸酯基團(tuán)，能夠與多元醇發(fā)生聚合反應(yīng)，生成具有優(yōu)異性能的聚氨酯材料。
mdi在泡沫材料中的應(yīng)用尤為廣泛，尤其是在軟泡、硬泡和半硬泡中。它的優(yōu)勢在于反應(yīng)活性適中、機(jī)械性能優(yōu)良、耐熱性和耐老化性能突出，是制造高性能泡沫材料的理想選擇。
二、催化劑的“江湖地位”：從“催化劑”到“指揮家”
在聚氨酯泡沫的合成過程中，催化劑的作用不容小覷。它們雖然用量極小，但卻能顯著影響反應(yīng)速率、發(fā)泡過程以及終產(chǎn)品的性能。
催化劑大致可分為兩類：
- 發(fā)泡催化劑：促進(jìn)異氰酸酯與水之間的反應(yīng)，釋放co?氣體，形成氣泡結(jié)構(gòu)。
- 凝膠催化劑：促進(jìn)異氰酸酯與多元醇之間的反應(yīng)，使體系快速固化。
而延遲型弱發(fā)泡催化劑，顧名思義，就是一種在反應(yīng)初期“按兵不動(dòng)”，在反應(yīng)后期才“悄然發(fā)力”的特殊催化劑。它不像傳統(tǒng)發(fā)泡催化劑那樣“急躁”，而是懂得“韜光養(yǎng)晦”，讓反應(yīng)體系在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候才開始發(fā)泡，從而實(shí)現(xiàn)更精確的發(fā)泡控制。
三、延遲型弱發(fā)泡催化劑的魅力：低調(diào)卻精準(zhǔn)
延遲型弱發(fā)泡催化劑之所以受到關(guān)注，主要是因?yàn)樗邆湟韵聨讉€(gè)特點(diǎn)：
| 特點(diǎn) | 描述 |
|---|---|
| 反應(yīng)延遲 | 在反應(yīng)初期抑制發(fā)泡反應(yīng)，使體系有足夠時(shí)間流動(dòng)、填充模具 |
| 發(fā)泡溫和 | 發(fā)泡過程緩慢而均勻，避免泡沫塌陷或局部過度膨脹 |
| 結(jié)構(gòu)可控 | 可精確調(diào)控泡孔結(jié)構(gòu)，提升材料的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量 |
| 兼容性強(qiáng) | 與其他催化劑（如凝膠催化劑）配合使用效果更佳 |
在吸能泡沫、減震泡沫和阻燃泡沫中，這些特性尤為關(guān)鍵。
四、吸能泡沫：讓沖擊力“溫柔地走開”
吸能泡沫，顧名思義，就是能夠吸收沖擊能量、減少?zèng)_擊力的泡沫材料。它廣泛應(yīng)用于汽車座椅、頭盔、運(yùn)動(dòng)護(hù)具、包裝材料等領(lǐng)域。
在吸能泡沫中，泡沫的泡孔結(jié)構(gòu)對吸能性能有著決定性影響。泡孔過大或過小都會(huì)影響其能量吸收效率。而延遲型弱發(fā)泡催化劑恰好可以實(shí)現(xiàn)泡孔的精細(xì)控制，使得泡沫在壓縮過程中表現(xiàn)出良好的能量吸收能力。
應(yīng)用案例：汽車座椅緩沖層
| 材料類型 | 催化劑類型 | 密度（kg/m3） | 吸能效率（j/cm3） | 壓縮強(qiáng)度（kpa） |
|---|---|---|---|---|
| 普通吸能泡沫 | 普通發(fā)泡催化劑 | 45 | 0.85 | 220 |
| 高性能吸能泡沫 | 延遲型弱發(fā)泡催化劑 | 45 | 1.2 | 280 |
從表中可以看出，在相同密度下，使用延遲型弱發(fā)泡催化劑的吸能泡沫在吸能效率和壓縮強(qiáng)度方面均有顯著提升。
五、減震泡沫：讓震動(dòng)“溫柔地停住”
減震泡沫主要應(yīng)用于電子設(shè)備、精密儀器、交通工具等領(lǐng)域，用于吸收振動(dòng)和沖擊，保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
這類泡沫不僅要求良好的吸能性能，還需要優(yōu)異的回彈性和疲勞耐久性。延遲型弱發(fā)泡催化劑可以通過調(diào)控發(fā)泡速率和泡孔結(jié)構(gòu)，使泡沫具有更均勻的泡孔分布和更致密的泡壁結(jié)構(gòu)，從而提升其減震性能。
這類泡沫不僅要求良好的吸能性能，還需要優(yōu)異的回彈性和疲勞耐久性。延遲型弱發(fā)泡催化劑可以通過調(diào)控發(fā)泡速率和泡孔結(jié)構(gòu)，使泡沫具有更均勻的泡孔分布和更致密的泡壁結(jié)構(gòu)，從而提升其減震性能。
應(yīng)用案例：電子設(shè)備包裝
| 材料類型 | 催化劑類型 | 泡孔尺寸（μm） | 回彈率（%） | 減震效率（db） |
|---|---|---|---|---|
| 普通減震泡沫 | 普通發(fā)泡催化劑 | 300~500 | 65 | 15 |
| 高性能減震泡沫 | 延遲型弱發(fā)泡催化劑 | 200~300 | 80 | 22 |
可以看出，使用延遲型弱發(fā)泡催化劑后，泡孔更小、回彈率更高、減震效率也顯著提升。
六、阻燃泡沫：讓火焰“溫柔地熄滅”
阻燃泡沫主要用于建筑保溫、交通工具內(nèi)飾、航空航天等領(lǐng)域，要求材料在遇火時(shí)不易燃燒，甚至能自熄。
在阻燃泡沫中，延遲型弱發(fā)泡催化劑的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：
- 控制發(fā)泡過程：避免因發(fā)泡過快導(dǎo)致的泡孔結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而影響阻燃劑的均勻分布。
- 提高材料致密性：更致密的泡壁結(jié)構(gòu)有助于形成“炭層”，從而提高阻燃性能。
應(yīng)用案例：建筑保溫阻燃泡沫
| 材料類型 | 催化劑類型 | loi值（%） | 熱釋放速率（kw/m2） | 自熄時(shí)間（s） |
|---|---|---|---|---|
| 普通阻燃泡沫 | 普通發(fā)泡催化劑 | 22 | 120 | 60 |
| 高性能阻燃泡沫 | 延遲型弱發(fā)泡催化劑 | 28 | 80 | 25 |
loi（極限氧指數(shù)）是衡量材料阻燃性能的重要指標(biāo)，數(shù)值越高說明材料越難燃燒。從表中可以看出，使用延遲型弱發(fā)泡催化劑后，loi值明顯提高，熱釋放速率下降，自熄時(shí)間也大幅縮短。
七、催化劑與mdi的“黃金組合”：化學(xué)反應(yīng)的藝術(shù)
mdi與延遲型弱發(fā)泡催化劑的結(jié)合，本質(zhì)上是一場“化學(xué)反應(yīng)的藝術(shù)”。它們之間的協(xié)同作用，使得聚氨酯泡沫在結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用上都達(dá)到了一個(gè)新的高度。
下面是一個(gè)典型的反應(yīng)配方示例：
| 組分 | 用量（phr） | 功能 |
|---|---|---|
| mdi | 100 | 主反應(yīng)物，提供交聯(lián)結(jié)構(gòu) |
| 聚醚多元醇 | 100 | 提供柔性鏈段 |
| 延遲型弱發(fā)泡催化劑 | 0.5~1.0 | 控制發(fā)泡速率和泡孔結(jié)構(gòu) |
| 凝膠催化劑 | 0.2~0.5 | 促進(jìn)凝膠反應(yīng)，提高固化速度 |
| 表面活性劑 | 1.0~2.0 | 穩(wěn)定泡孔結(jié)構(gòu) |
| 阻燃劑（可選） | 10~20 | 提高材料阻燃性能 |
在這個(gè)配方中，延遲型弱發(fā)泡催化劑的加入，使得整個(gè)反應(yīng)過程更加可控，既不會(huì)因?yàn)榘l(fā)泡過快而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷，也不會(huì)因?yàn)榘l(fā)泡過慢而影響生產(chǎn)效率。
八、未來展望：催化劑的“智能進(jìn)化”
隨著材料科學(xué)的發(fā)展，延遲型弱發(fā)泡催化劑也在不斷“進(jìn)化”。目前已有研究嘗試將其與智能響應(yīng)型材料結(jié)合，使其在特定溫度、濕度或ph值下“覺醒”，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的發(fā)泡控制。
此外，環(huán)保型催化劑的研發(fā)也成為一大趨勢。傳統(tǒng)催化劑中可能含有重金屬（如錫類催化劑），而新型延遲型弱發(fā)泡催化劑正朝著無毒、可降解的方向發(fā)展，以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)。
九、結(jié)語：催化劑雖小，作用巨大
在聚氨酯材料的世界里，延遲型弱發(fā)泡催化劑或許不是耀眼的那個(gè)“主角”，但它卻是那個(gè)默默無聞卻不可或缺的“導(dǎo)演”。它讓mdi的反應(yīng)更加從容，讓泡沫的結(jié)構(gòu)更加精致，讓材料的性能更加出眾。
正如一位老匠人所說：“做材料，就像炒菜，火候和時(shí)機(jī)關(guān)鍵?！倍舆t型弱發(fā)泡催化劑，正是那把掌控火候的“金勺子”。
參考文獻(xiàn)
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 王建軍, 李曉東. 聚氨酯泡沫材料的制備與應(yīng)用[m]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2020.
- 劉志剛, 陳思遠(yuǎn). 延遲型催化劑在聚氨酯泡沫中的應(yīng)用研究[j]. 化工新型材料, 2021, 49(5): 112-116.
- 張偉, 黃麗華. 阻燃聚氨酯泡沫的制備及其性能研究[j]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2022, 38(3): 95-100.
國外文獻(xiàn)：
- g. oertel. polyurethane handbook, 2nd edition. hanser gardner publications, 1994.
- d. randall, s. lee. the polyurethanes book. john wiley & sons, 2002.
- m. szycher. szycher’s handbook of polyurethanes, 2nd edition. crc press, 2012.
- a. n. leatherman, et al. delayed-action catalysts for polyurethane foams: a review. journal of cellular plastics, 2019, 55(4): 437–458.
- t. k. hwang, et al. controlled foaming of polyurethane using temperature-sensitive catalysts. polymer engineering & science, 2020, 60(7): 1672–1681.
如果你對這類材料感興趣，不妨多關(guān)注一下那些“低調(diào)的催化劑們”，它們或許正在悄悄地改變著我們的生活。
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公司其它產(chǎn)品展示:
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nt cat t-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。
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nt cat ul1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于t-12。
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nt cat ul22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比t-12高，優(yōu)異的耐水解性能。
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nt cat ul28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代t-12。
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nt cat ul30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
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nt cat ul50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
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nt cat ul54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。
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nt cat si220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于ms膠，活性比t-12高。
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nt cat mb20 適用有機(jī)鉍類催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。
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nt cat dbu 適用有機(jī)胺類催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。