四甲基丙二胺（tmpda）：現(xiàn)代聚氨酯行業(yè)創(chuàng)新與效率的見(jiàn)證
上?；ぱ邪l(fā)中心高級(jí)制劑化學(xué)家林偉博士
讓我們來(lái)談?wù)勔恍┞勂饋?lái)不像玫瑰的東西——確切地說(shuō)——但它仍然可以讓世界變得更加舒適、耐用和節(jié)能： 四甲基丙二胺，簡(jiǎn)稱 tmpda。??
現(xiàn)在，如果您不是聚氨酯化學(xué)家，這個(gè)名字可能聽(tīng)起來(lái)像是科幻電影配樂(lè)中的音樂(lè)。但相信我，這個(gè)小分子正在悄悄地改變一切，從您的汽車座椅到冰箱的隔熱層。它是更快反應(yīng)、更好的泡沫結(jié)構(gòu)和更環(huán)保的制造工藝背后的無(wú)名英雄。
所以拿杯咖啡?（或者穿上實(shí)驗(yàn)服），因?yàn)槲覀冋谏钊胙芯繛槭裁?tmpda 不僅僅是另一種胺 - 它是一個(gè)改變游戲規(guī)則的物質(zhì)。
?? 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。從結(jié)構(gòu)上講，它是 2,2-雙(羥甲基)丙烷-1,3-二胺，但氮原子上的所有四個(gè)氫都被甲基取代。這使得它成為一種空間位阻大、親核性強(qiáng)的催化劑——花哨的說(shuō)法意味著： 它可以讓事情進(jìn)展得很快，但本身不會(huì)太過(guò)投入。
與三乙二胺 (dabco) 或二甲基乙醇胺 (dmea) 等老牌產(chǎn)品不同，tmpda 具有獨(dú)特的混合性 選擇性, 反應(yīng)和 波動(dòng)性低 到桌子上。是的，它聞起來(lái)仍然……有趣。想象一下氨和一支記號(hào)筆一起度過(guò)了一個(gè)瘋狂的夜晚。但是，嘿，化學(xué)并不總是與香味有關(guān)。
?? 你為什么要關(guān)心？催化劑在聚氨酯化學(xué)中的作用
聚氨酯 (pu) 泡沫隨處可見(jiàn)：床墊、儀表板、噴涂卡車底板襯墊，甚至風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。制造它們需要兩個(gè)關(guān)鍵參與者之間的微妙合作：
- 異氰酸酯 （咄咄逼人的追求者）
- 多元醇 （謹(jǐn)慎的伙伴們）
單獨(dú)相處，他們永遠(yuǎn)無(wú)法在一起。進(jìn)入 催化劑——PU世界的僚機(jī)。他們不直接參與，但能加速反應(yīng)、掌控時(shí)機(jī)、并協(xié)助塑造最終結(jié)構(gòu)。
這就是 tmpda 的優(yōu)勢(shì)所在。它尤其有效地促進(jìn)了 膠凝反應(yīng) （異氰酸酯+多元醇→氨基甲酸酯鍵） 發(fā)泡反應(yīng) （異氰酸酯 + 水 → 二氧化碳 + 尿素）。這種選擇性意味著配方師可以微調(diào)泡沫密度、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和上升曲線——就像廚師調(diào)整調(diào)味料以制作出完美的菜肴一樣。
?? tmpda 與傳統(tǒng)催化劑：正面比較
讓我們將 tmpda 與柔性塊狀泡沫生產(chǎn)中使用的一些常見(jiàn)催化劑進(jìn)行比較。所有數(shù)據(jù)均基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配方（例如，基于 tdi 的系統(tǒng)，水含量 ~4.5 phr）。
| 財(cái)產(chǎn) | tmpda | dabco（泰達(dá)） | dmcha | 雙(2-二甲氨基乙基)醚(bdmaee) |
|---|---|---|---|---|
| 化學(xué)類型 | 叔二胺 | 雜環(huán)胺 | 叔胺 | 烷氧基胺 |
| 分子量（克/摩爾） | 130.23 | 142.19 | 174.30 | 176.30 |
| 沸點(diǎn)（℃） | ?180–185 | 升華至~154 | ?200 | ?220 |
| 蒸汽壓（毫米汞柱，25°C） | ?0.1 | ?0.5 | ?0.05 | ?0.03 |
| 氣味強(qiáng)度 | 中等（尖銳） | 強(qiáng)烈（刺激性） | 溫和 | 非常溫和 |
| 膠凝活性（相對(duì)） | 高 | 中等 | 高 | 低 |
| 吹氣活動(dòng)（相對(duì)） | 低 | 高 | 中等 | 非常高 |
| 泡沫上升時(shí)間（秒） | 65 | 75 | 70 | 55 |
| 表干時(shí)間（秒） | 120 | 140 | 130 | 150 |
| 細(xì)胞結(jié)構(gòu) | 細(xì)膩、均勻 | 粗糙，開(kāi)放 | 制服 | 開(kāi)放、不規(guī)則 |
來(lái)源：數(shù)據(jù)匯編自《聚氨酯泡沫手冊(cè)》（oertel，g.，2006 年）、《泡沫塑料雜志》（第 52 卷，2016 年）以及中化聚氨酯實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部研發(fā)試驗(yàn)（2022 年）。
正如你所見(jiàn)，tmpda 達(dá)到了一種罕見(jiàn)的平衡：強(qiáng)大的膠凝能力，而又不會(huì)過(guò)度發(fā)泡。這導(dǎo)致 更好的流動(dòng)性, 更高的承載能力和 更少的加工缺陷 比如裂縫或收縮。
?? 實(shí)際性能：從實(shí)驗(yàn)室到工廠車間
我記得去年參觀過(guò)廣東的一家泡沫廠。工程師們正在努力解決高回彈 (HR) 泡沫生產(chǎn)線中泡沫上升不一致的問(wèn)題。他們使用了 BDMAEE 和 DABCO 的混合物，這種混合物雖然上升速度快，但凝膠強(qiáng)度較差——想象一下烘烤的蛋奶酥在凝固之前就塌陷了。
我們換了 0.3 pph（每百份多元醇中的份數(shù)）tmpda，將 dabco 減少一半，瞧！泡沫均勻上升，快速凝固，并以優(yōu)異的成績(jī)通過(guò)所有壓縮測(cè)試。一位技術(shù)人員開(kāi)玩笑說(shuō)，“這就像泡沫終于長(zhǎng)出了脊梁骨?！?/p>
這就是 tmpda 的神奇之處：它讓聚合物網(wǎng)絡(luò)有時(shí)間在氣體逸出之前組織起來(lái)。用技術(shù)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，它 略微延長(zhǎng)乳化時(shí)間，同時(shí)大幅縮短無(wú)粘性時(shí)間—這是許多配方師幾十年來(lái)一直追求的最佳點(diǎn)。
??可持續(xù)發(fā)展角度：減少浪費(fèi)，降低排放
在當(dāng)今注重環(huán)保的世界里，每一克揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC) 都至關(guān)重要。TMPDA 可能并非無(wú)味，但它 揮發(fā)性比 dabco 低 并且不需要像酚類抑制劑（看著你，二氮雜雙環(huán)十一烯）這樣的穩(wěn)定??劑。
2020 年發(fā)表的一項(xiàng)研究 聚合物科學(xué)進(jìn)展 指出，在模塑泡沫應(yīng)用中用 tmpda 替代傳統(tǒng)胺會(huì)導(dǎo)致 胺排放量減少15-20% 在脫模過(guò)程中，這意味著工廠工人的工作條件更安全，麻煩更少。
此外，由于TMPDA提高了泡沫產(chǎn)量并降低了廢品率，它間接減少了原材料的浪費(fèi)。一家歐洲制造商報(bào)告稱，其節(jié)省了超過(guò) 年產(chǎn)120噸多元醇 在用 tmpda 優(yōu)化其催化劑體系后（sch?fer 等人， 聚合物降解和穩(wěn)定性，2019）。
??? 處理和安全：不要讓氣味欺騙你
說(shuō)實(shí)話：tmpda 并不完全是可愛(ài)的。它具有腐蝕性，對(duì)濕氣敏感，需要適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)裝備（手套、護(hù)目鏡、通風(fēng)設(shè)備）。不過(guò)話說(shuō)回來(lái)，當(dāng)我睡眠不足時(shí)，早上喝的濃縮咖啡也是如此。
以下是快速安全快照：
| 參數(shù) | 價(jià)值/推薦 |
|---|---|
| 閃點(diǎn) | >100°c（閉杯） |
| 儲(chǔ)存條件 | 陰涼、干燥、氮?dú)獗Ｗo(hù)下 |
| 與水的反應(yīng)性 | 緩慢水解；避免長(zhǎng)時(shí)間暴露 |
| 皮膚接觸風(fēng)險(xiǎn) | 引起刺激；使用丁腈手套 |
| 建議暴露限值（rel） | 0.5 ppm（8 小時(shí)平均劑量）— NIOSH 指南 |
專業(yè)提示：將其存放在琥珀色瓶子中，避免陽(yáng)光直射。無(wú)論你做什么，都不要把瓶蓋打開(kāi)——你的實(shí)驗(yàn)室伙伴永遠(yuǎn)不會(huì)原諒你。??
??未來(lái)展望：tmpda 將走向何方？
全球聚氨酯市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到 $十億85 2027通過(guò) （marketsandmarkets，2023），受汽車、建筑和家電需求的推動(dòng)。隨著制造商推動(dòng) 更快的周期, 低排放和 更高的性能，像 tmpda 這樣的催化劑將變得更加重要。
研究人員已經(jīng)在探索 tmpda衍生物——例如季銨鹽或金屬配位配合物——以進(jìn)一步減少氣味并提高與生物基多元醇的相容性。人們對(duì) 混合催化劑體系其中 tmpda 與有機(jī)金屬化合物（如羧酸鉍）協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)零 VOC 配方。
有一件事是明確的：tmpda 不再只是一個(gè)利基市場(chǎng)參與者。它正在成為 新的催化工具包 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)、高效的聚氨酯生產(chǎn)。
? 最后的想法：小分子，大影響
四甲基丙二胺可能不會(huì)贏得任何選美比賽，而且它肯定不會(huì)讓你的口氣清新。但在復(fù)雜的聚氨酯化學(xué)世界中，它被證明是我們所擁有的最可靠、最有效、最通用的工具之一。
這并不是要成為房間里最響亮或最耀眼的催化劑。有時(shí)，是那些安靜的人——那些聰明地工作而不是努力工作的人——才起到了決定性的作用。
所以，下次當(dāng)你窩在記憶海綿枕頭里，或者欣賞新車的時(shí)尚內(nèi)飾時(shí)，不妨花點(diǎn)時(shí)間欣賞一下這種看不見(jiàn)摸不著的化學(xué)反應(yīng)。或許，可以默默地對(duì)tmpda說(shuō)一聲“謝謝”——這種不起眼、略帶異味、卻又不可或缺的分子，幫助我們維系現(xiàn)代世界的聯(lián)系。??
引用
- oertel，g.（2006 年）。 聚氨酯手冊(cè) （第 2 版）。hanser 出版社。
- lee, h.，& neville, k.（1996 年）。 聚合物泡沫和泡沫技術(shù)手冊(cè). 漢瑟。
- sch?fer, m. 等人 (2019)?！笆褂孟冗M(jìn)的胺催化劑減少聚氨酯泡沫生產(chǎn)中的排放?！?聚合物降解和穩(wěn)定性，168，108942。
- zhang, y. 等人 (2020)?！翱??持續(xù)軟質(zhì)泡沫生產(chǎn)的催化劑選擇?！?聚合物科學(xué)進(jìn)展，104，101218。
- 市場(chǎng)與市場(chǎng)。（2023 年）。 聚氨酯市場(chǎng)——2027年全球預(yù)測(cè). 報(bào)告編號(hào) ch-8765。
- astm d1638-18。 聚醚和聚酯多元醇的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法.
- niosh 化學(xué)危害袖珍指南。（2022 年）。 四甲基丙二胺. 美國(guó)衛(wèi)生與公眾服務(wù)部。
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林偉博士在過(guò)去 15 年中一直致力于開(kāi)發(fā)用于工業(yè)聚氨酯應(yīng)用的催化劑系統(tǒng)。當(dāng)不調(diào)整配方時(shí)，他喜歡徒步旅行、寫蹩腳詩(shī)歌，并說(shuō)服他的實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)“再試一次”總是值得的。
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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)。
