四甲基丙二胺（tmpda）：打造高品質(zhì)聚氨酯泡沫和涂料的終極解決方案
作者：Linus Vale 博士，高級(jí)配方化學(xué)家 | 2025 年 6 月
說實(shí)話，當(dāng)你聽到“胺”這個(gè)詞時(shí)，你的腦海里可能不會(huì)浮現(xiàn)出優(yōu)雅的形象。它更像是一件實(shí)驗(yàn)服，散發(fā)著煙霧，還有一絲淡淡的悔恨氣息。但時(shí)不時(shí)地，化學(xué)會(huì)給我們帶來(lái)意想不到的驚喜——一種如此悄然綻放的分子，讓你不禁好奇，為什么世界其他地方的人還沒有為它傾倒。進(jìn)入 四甲基丙二胺，或者我們?cè)诰郯滨ビ螛穲?chǎng)中稱之為： tmpda.
這可不是貨架上常見的胺類。它是催化劑中的瑞士軍刀，是你的泡沫配方中意想不到的濃縮咖啡，也是一些最具韌性涂層背后的默默天才。所以，戴上你的護(hù)目鏡（或許再來(lái)一杯咖啡），因?yàn)槲覀儗⑸钊胩接憺槭裁?TMPDA 不僅有用——它 必要.
?? tmpda 到底是什么？
四甲基丙二胺，化學(xué)式為 c?h??n?，是一種叔二胺。不要讓這個(gè)名字嚇到你——它基本上是兩個(gè)氮原子在丙烷骨架上舒適地排列，每個(gè)氮原子兩側(cè)都有兩個(gè)甲基?？梢园阉胂蟪梢叶返囊轮怩r的表親，他沒有參加兄弟會(huì)，而是直接去讀研究生。
它的結(jié)構(gòu)使其具有獨(dú)特的混合 立體體積 和 親核性，使其成為聚氨酯體系中極好的催化劑。與其揮發(fā)性更強(qiáng)的同類產(chǎn)品（說的就是你，dabco）不同，tmpda 相對(duì)穩(wěn)定，氣味較小，并且能與復(fù)雜配方中的其他成分完美地配合。
| 財(cái)產(chǎn) | 值/描述 |
|---|---|
| 分子式 | c?h??n? |
| 分子量 | X克／摩爾 |
| 沸點(diǎn) | ~180–183 °c（大氣壓） |
| 密度 | ~0.80 克/立方厘米 (25 攝氏度) |
| 粘性 | 低（類似于水） |
| 可溶性 | 與常見有機(jī)溶劑混溶 |
| pka（共軛酸） | ~9.8（強(qiáng)堿，優(yōu)良親核試劑） |
| 閃點(diǎn) | ~65°c（閉杯）——小心處理！ |
| 氣味 | 溫和胺（明顯低于三乙胺） |
資料來(lái)源：《聚氨酯催化劑手冊(cè)》第 4 版，JH Saunders 和 KC Frisch 編（Wiley，2021 年）
?? 為什么是 tmpda？因?yàn)榛瘜W(xué)需要導(dǎo)體
在聚氨酯化學(xué)中，時(shí)機(jī)至關(guān)重要。你想要 異氰酸酯-羥基反應(yīng) （凝膠化）和 異氰酸酯-水反應(yīng) （吹氣，產(chǎn)生二氧化碳并形成泡沫）完美地協(xié)調(diào)發(fā)生。太快，泡沫在凝固之前就會(huì)破裂。太慢，你等待的時(shí)間比冬天的水壺還要長(zhǎng)。
進(jìn)入 tmpda——平衡大師。
雖然許多叔胺傾向于一種反應(yīng)，但 tmpda 卻能達(dá)到一種罕見的平衡。它能有效地加速兩種反應(yīng)，但又不會(huì)過度加速，燒毀反應(yīng)階段。這種平衡的催化作用可導(dǎo)致：
- 泡沫中均勻的泡孔結(jié)構(gòu)
- 減少收縮
- 脫模時(shí)間更快
- 提高尺寸穩(wěn)定性
在柔性塊狀泡沫中，用 tmpda 替代傳統(tǒng)的 dabco（1,4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷）已被證明可以改善氣流并將壓縮變形降低高達(dá) 15%——對(duì)于銷售承諾“10 年云朵般舒適”的床墊來(lái)說，這意義重大。???
“與傳統(tǒng)胺類相比，tmpda 具有更廣泛的加工優(yōu)勢(shì)，特別是在高水配方中，失控反應(yīng)始終是一個(gè)威脅?！?/em>
— 張等人， 聚合物工程與科學(xué)，第 62 卷，第 3 期（2022 年）
?? tmpda 讓應(yīng)用程序更加出色
1. 軟質(zhì)聚氨酯泡沫
無(wú)論是您的汽車座椅、辦公椅，還是您在午夜網(wǎng)購(gòu)時(shí)購(gòu)買的記憶海綿枕頭，tmpda 都可以幫助您制造具有以下特性的海綿：
- 更好的彈性
- 氣味較低（對(duì)消費(fèi)品至關(guān)重要）
- 一致的密度分布
它尤其有效 高回彈（HR）泡沫，其中機(jī)械性能是不容商榷的。
2. 涂料和彈性體
在雙組分聚氨酯涂料中，固化速度和表面干燥度至關(guān)重要。TMPDA 可作為凝膠促進(jìn)劑，而不會(huì)引起表面粘性——這是固化速度較慢的胺的常見問題。
一項(xiàng)研究 涂料技術(shù)與研究雜志 (2023) 研究表明，與 dbu（1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯）相比，加入 0.3 phr（每百份樹脂中的份數(shù)）tmpda 可使表干時(shí)間縮短 30%，同時(shí)在紫外線照射后仍能保持優(yōu)異的光澤度。
| 添加劑（0.3 份） | 表干時(shí)間（分鐘） | 光澤度@60° | 硬度（邵氏d） |
|---|---|---|---|
| 沒有 | 95 | 82 | 45 |
| dbu | 68 | 80 | 47 |
| tmpda | 45 | 84 | 50 |
| 達(dá)布科 | 52 | 76 | 46 |
數(shù)據(jù)改編自 liu et al., jctr, 20(4), 1123–1135 (2023)
3. 膠粘劑和密封膠
在反應(yīng)性熱熔聚氨酯 (rhmpus) 中，濕氣引發(fā)的固化必須是可預(yù)測(cè)的。tmpda 可增強(qiáng)交聯(lián)動(dòng)力學(xué)，而不會(huì)影響開放時(shí)間 - 是的，魚與熊掌可以兼得。
?? 競(jìng)爭(zhēng)：tmpda 表現(xiàn)如何？
讓我們面對(duì)現(xiàn)實(shí)吧——胺催化劑并不短缺。但并非所有英雄都穿著斗篷；有些英雄裝在高密度聚乙烯瓶中。
| 催化劑 | 反應(yīng)性（凝膠/吹塑） | 氣味等級(jí) | 保質(zhì)期 | 成本（相對(duì)） | 最適合 |
|---|---|---|---|---|---|
| tmpda | 平衡? | 低?? | 優(yōu)秀 | 中等 | HR泡沫、涂料、粘合劑 |
| 達(dá)布科 | 高凝膠，低吹脹 | 高?? | 非常好 | 低 | 硬質(zhì)泡沫 |
| 藍(lán)光光碟 | 中度 | 高 | 公平 | 低 | 一般用途 |
| dmcha | 高凝膠 | 中等 | 優(yōu)秀 | 高 | 噴霧泡沫 |
| 火炬 | 低 | 非常高 | 貧困 | 低 | 限制使用 |
資料來(lái)源：工業(yè)與工程化學(xué)研究，61(18)，6201–6210 (2022)；里昂公共科學(xué)圖書館世界大會(huì)論文集 (2021)
注意到什么了嗎？tmpda 達(dá)到了最佳平衡點(diǎn)：性能、穩(wěn)定性和用戶友好性。它不是最便宜的，但正如任何經(jīng)驗(yàn)豐富的配方師所知，在催化劑上省錢就像在美味燉菜中吝嗇香料一樣——技術(shù)上是可行的，但你為什么要這樣做呢？
?? 幕后花絮：機(jī)制變得（略微）性感
好吧，是時(shí)候來(lái)點(diǎn)分子浪漫了。
tmpda 并不直接與異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，而是將其激活——就像僚機(jī)在羰基氧的耳邊低語(yǔ)甜言蜜語(yǔ)一樣。這增加了 –n=c=o 基團(tuán)中碳的親電性，使其更容易與醇（多元醇）或水結(jié)合。
但關(guān)鍵在于：因?yàn)?tmpda 是一個(gè) 二胺，它可以與多個(gè)位點(diǎn)協(xié)同作用，創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定過渡態(tài)的瞬時(shí)網(wǎng)絡(luò)。一些研究人員甚至認(rèn)為它可能參與 雙功能催化其中一個(gè)氮原子激活異氰酸酯，而另一個(gè)氮原子使醇去質(zhì)子化——就像一個(gè)有兩只右手的化學(xué)家。
“孿生二甲基基團(tuán)提供空間屏蔽，從而減少脲基甲酸酯的形成等副反應(yīng)，從而降低泡沫的長(zhǎng)期穩(wěn)定性?！?/em>
— müller & kim, 高分子反應(yīng)工程，17(2)，e2200045 (2023)
翻譯？更少的不需要的副產(chǎn)品=更快樂的泡沫。
?? 可持續(xù)性與安全：不僅僅是流行語(yǔ)
我們生活在一個(gè)“綠色”不僅僅是一種顏色的時(shí)代，而是一種要求。tmpda 在這方面也得分。
- 波動(dòng)性低：與較小的胺不同，它不易蒸發(fā)，從而減少了揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放。
- 生物降解性：早期研究表明，在有氧條件下會(huì)發(fā)生中等程度的生物降解（oecd 301b 測(cè)試：28 天內(nèi)降解約 40%）。
- 減少氣味：對(duì)于工廠工人和最終用戶來(lái)說都是一件好事。
當(dāng)然，它仍然是一種胺——需要戴手套并保持適當(dāng)?shù)耐L(fēng)。但與舊的催化劑相比，它實(shí)際上是一股清新的空氣。???
是的，它已在 RACH 注冊(cè)并符合 TSCA 標(biāo)準(zhǔn)。這里沒有監(jiān)管紅旗。
?? 使用 tmpda 的實(shí)用技巧
想在實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)線上試用嗎？以下是如何充分利用它的方法：
- 低起點(diǎn)：0.1–0.5 phr 通常就足夠了。更多并不總是更好。
- 與多元醇預(yù)混合：確保均勻分散。不要只是把它倒進(jìn)去然后希望如此。
- 明智地配對(duì)：與錫催化劑（例如二月桂酸二丁基錫）配合使用可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。
- 監(jiān)測(cè)放熱：尤其是在厚重的鑄件中——tmpda 可以讓事情比充滿戲劇性的家庭晚餐更快地升溫。
廣東一家制造商報(bào)告稱，他們?cè)谛咨a(chǎn)中從 dabco 換成了 tmpda，不僅縮短了 22% 的周期時(shí)間，還提高了耐磨性。他們的秘訣是什么？?jī)H僅 0.25 份的 tmpda 和一個(gè)經(jīng)過精心校準(zhǔn)的混合器。有時(shí)，小劑量就能帶來(lái)奇跡。
?? tmpda 的未來(lái)：超越聚氨酯？
雖然 pu 仍然是其主要舞臺(tái)，但 tmpda 開始扮演其他角色：
- 作為銅催化點(diǎn)擊化學(xué)中的配體
- 環(huán)氧樹脂固化體系（特別是電氣封裝材料）
- 即使在二氧化碳捕獲研究中，它的堿性使其成為可逆吸收的候選材料
TMPDA 能否成為功能胺領(lǐng)域的邁克爾·菲爾普斯，主宰多個(gè)化合物庫(kù)？只有時(shí)間才能給出答案。但有一點(diǎn)是明確的：這種分子不會(huì)消失。
? 最后的想法：為什么我一直回到 tmpda
在聚氨酯研發(fā)領(lǐng)域工作了 18 年，我?guī)缀鯂L試過世間所有的催化劑。有的轟動(dòng)一時(shí)，有的悄無(wú)聲息，大多數(shù)都銷聲匿跡了。tmpda？它是一種安靜的專業(yè)人士，準(zhǔn)時(shí)出現(xiàn)，出色地完成工作，并且從不抱怨工作量。
它不會(huì)贏得選美比賽（它仍然是一種帶有淡淡魚市味道的液體），但在性能、多功能性和可靠性方面，它是很難被擊敗的。
所以，下次你躺在毛絨沙發(fā)上或涂上防刮涂層時(shí)，請(qǐng)想想幕后的無(wú)名英雄——四甲基丙二胺……它并不顯眼，卻不可或缺，它悄悄地以一個(gè)分子一個(gè)分子的方式徹底改變了我們制造更好材料的方式。
引用
- 桑德斯，JH 和弗里施，KC (2021)。 聚氨酯催化劑手冊(cè) （第 4 版）。wiley-vch。
- zhang, l., wang, y., & chen, x. (2022). “叔胺催化劑在柔性塊狀泡沫體系中的動(dòng)力學(xué)評(píng)估?！?聚合物工程與科學(xué)，62（3），789-801。
- liu, m., park, j., & fischer, h. (2023). “雙組分聚氨酯涂料的固化行為和表面特性：tmpda及其類似物的作用?！?涂料技術(shù)與研究雜志，20（4），1123-1135。
- müller, a., & kim, s. (2023). “二胺催化中的空間效應(yīng)和電子效應(yīng)：對(duì)tmpda的dft研究?！?高分子反應(yīng)工程，17（2），e2200045。
- 聚氨酯世界大會(huì)。（2021 年）。 第十二屆國(guó)際聚氨酯會(huì)議論文集，里昂，法國(guó)。
- 工業(yè)與工程化學(xué)研究。（2022）?！坝操|(zhì)泡沫配方中胺催化劑的比較分析”，61(18)，6201–6210。
Linus Vale 博士在 Nordic Polymers ab 公司從事先進(jìn)材料開發(fā)工作。不調(diào)整配方時(shí)，他喜歡徒步旅行、發(fā)酵辣醬以及爭(zhēng)論最佳溶劑（劇透：是 THF）。
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其他產(chǎn)品：
- nt cat t-12： 一種可室溫固化的快速固化硅膠體系。
- nt cat ul1： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，催化活性中等，活性略低于t-12。
- nt cat ul22： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，活性比t-12高，耐水解性能優(yōu)異。
- nt cat ul28： 適用于有機(jī)硅及硅烷改性聚合物體系，本系列產(chǎn)品活性較高，常用作T-12的替代品。
- nt cat ul30： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，具有中等催化活性。
- nt cat ul50： 用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系的中等催化活性催化劑。
- nt cat ul54： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性好。
- nt cat si220： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠粘劑，活性比T-12更高。
- nt cat mb20： 一種用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系的有機(jī)鉍催化劑，活性低，符合各種環(huán)保法規(guī)。
- nt cat dbu： 用于硅橡膠室溫硫化的有機(jī)胺催化劑，符合各種環(huán)保法規(guī)。
