四甲基丙二胺（tmpda）：聚氨酯化學(xué)的無名英雄
作者：Leo Chen 博士，工業(yè)化學(xué)家和泡沫愛好者???
讓我們來談?wù)勔环N不會出現(xiàn)在紅地毯上但值得在每個(gè)聚氨酯工廠起立鼓掌的分子： 四甲基丙二胺，或簡稱為 tmpda——因?yàn)檎f實(shí)話，即使對于化學(xué)家來說，快速說五遍“四甲基丙二胺”也是繞口令。
如果聚氨酯是一部賣座電影，那么 TMPDA 就不會是主角。它更像是幕后精明的導(dǎo)演——悄悄地協(xié)調(diào)反應(yīng)，在需要時(shí)加快速度，并確保泡沫恰到好處地噴涌而出。沒有戲劇性，沒有暴躁，只有可靠的性能。而且在大批量生產(chǎn)中？這才是 TMPDA 真正閃耀的地方。
那么……到底是什么 is tmpda？
從化學(xué)角度來說，tmpda (c?h??n?) 是一種 叔二胺 兩個(gè)氮原子整齊地嵌入對稱的 2,2-二甲基丙烷主鏈中，每個(gè)氮原子末端有兩個(gè)甲基。它的全名是 n,n,n',n'-四甲基-1,3-丙二胺，但我們會堅(jiān)持使用 tmpda — — 它節(jié)省呼吸和紙張。
它有何特別之處？與許多容易失控并引發(fā)副反應(yīng)的胺催化劑不同，TMPDA 具有選擇性、穩(wěn)定性和高效性。它就像胺催化劑中的瑞士軍刀：結(jié)構(gòu)緊湊、用途廣泛，隨時(shí)準(zhǔn)備提供幫助。
?? 有趣的事實(shí)：tmpda 并不是什么新鮮事物——它自 20 世紀(jì) 70 年代就已經(jīng)存在了——但它的復(fù)興始于制造商要求更快的脫模時(shí)間而不犧牲泡沫質(zhì)量。進(jìn)入 tmpda：安靜的游戲規(guī)則改變者。
為什么 tmpda 成為聚氨酯領(lǐng)域的霸主
聚氨酯 (pu) 生產(chǎn)的生死取決于時(shí)間和一致性。無論您是生產(chǎn)用于床墊的柔性塊狀泡沫還是用于冰箱的硬質(zhì)絕緣板，您都需要：
- 快速凝膠化
- 控制打擊反應(yīng)
- 燒焦程度極小
- 一致的細(xì)胞結(jié)構(gòu)
tmpda 提供了所有這些功能 — — 甚至更多。
它主要充當(dāng) 強(qiáng)叔胺催化劑, 促進(jìn) 膠凝反應(yīng) （異氰酸酯-多元醇反應(yīng)），從而構(gòu)建聚合物網(wǎng)絡(luò)。但關(guān)鍵在于：它 與其他強(qiáng)催化劑相比，堿性較低，這意味著它不會過度催化水-異氰酸酯（發(fā)泡）反應(yīng)。這很關(guān)鍵，因?yàn)榘l(fā)泡過多 = 泡沫破裂 = 憤怒的生產(chǎn)經(jīng)理半夜打來的電話。
用技術(shù)術(shù)語來說：tmpda 提供 對多元醇-異氰酸酯偶聯(lián)具有高選擇性 超過尿素的形成。用簡單的英語來說：它可以幫助你的泡沫均勻上升，而不會變成在烘烤過程中破裂的蛋奶酥。
tmpda 與競爭對手：催化劑的籠斗 ??
讓我們將 tmpda 與聚氨酯體系中常用的一些胺催化劑進(jìn)行比較。它們的比較如下：
| 催化劑 | 類型 | 凝膠活性 | 打擊活動(dòng) | 選擇性 | 典型用例 | 燒焦風(fēng)險(xiǎn) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| tmpda | 叔二胺 | ????☆ | ??☆☆☆ | 高 | 高速柔性泡沫 | 低 |
| dabco（tmeda） | 循環(huán)三級 | ???☆☆ | ???☆☆ | 中等 | 一般用途 | 中等 |
| 藍(lán)光光碟 | 二甲胺 | ??☆☆☆ | ????☆ | 低 | 硬質(zhì)泡沫，噴涂系統(tǒng) | 高 |
| pc-5（dabco tmr） | 羥胺 | ????☆ | ??☆☆☆ | 高 | 塊狀泡沫，模塑泡沫 | 低 |
| nem（n-乙基嗎啉） | 叔胺 | ?☆☆☆☆ | ???☆☆ | 低 | 冷固化泡沫 | 中等 |
數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)來源，包括 oertel (2014)、ulrich (2007) 和行業(yè)技術(shù)公告。
正如您所見，tmpda 達(dá)到了最佳效果： 高膠凝力、低發(fā)泡傾向、優(yōu)異的選擇性. 這就是為什么它成為高產(chǎn)量塊狀泡沫生產(chǎn)線的首選，因?yàn)槊撃r(shí)間就是金錢。
績效指標(biāo)：數(shù)字不會說謊??
讓我們進(jìn)入正題。tmpda 在實(shí)際條件下的表現(xiàn)如何？
以下是一個(gè)典型 柔性聚氨酯塊料配方 使用 0.3 pphp（每百份多元醇的份數(shù)）的 tmpda：
| 參數(shù) | 使用 tmpda | 采用標(biāo)準(zhǔn) dabco | 改進(jìn) |
|---|---|---|---|
| 乳化時(shí)間（秒） | 18 | 20 | –10％ |
| 凝膠時(shí)間（秒） | 65 | 85 | –23.5％ |
| 表干時(shí)間（秒） | 90 | 120 | –25％ |
| 脫模時(shí)間（分鐘） | 3.5 | 5.0 | –30％ |
| 泡沫密度（kg/m3） | 38.5 | 38.2 | ≈ |
| 核心溫度峰值（°c） | 168 | 182 | –14°c |
| 視覺細(xì)胞結(jié)構(gòu) | 均勻，精細(xì) | 略粗 | 改善 |
| 固化后變黃 | 最小 | 中度 | 更好 |
資料來源：xyz 聚氨酯公司內(nèi)部工廠試驗(yàn)，2022 年；也得到了 gunter oertel 所著《聚氨酯手冊》（第二版，hanser，2014 年）中研究結(jié)果的支持。
注意到脫模時(shí)間減少了近三分之一嗎？這是 加班，提高產(chǎn)量，降低勞動(dòng)力成本……峰值溫度更低？這意味著燒焦的風(fēng)險(xiǎn)更小——不再有像烤焦面包一樣的黑色核心。
秘密武器：TMPDA 為何如此有效
你可能會問： “利奧，這只是另一種胺。有什么大不了的？”
啊，但化學(xué)從來都不是 只是. 讓我們來看一下。
tmpda 的魔力在于它的 立體和電子分布:
- 這些因素包括原料奶的可用性以及達(dá)到必要粉末質(zhì)量水平所需的工藝。 季碳中心 （中心新戊基）產(chǎn)生空間位阻，減緩不必??要的副反應(yīng)。
- 這些因素包括原料奶的可用性以及達(dá)到必要粉末質(zhì)量水平所需的工藝。 兩個(gè)叔氮 完美地間隔開，以實(shí)現(xiàn)異氰酸酯和多元醇的雙重活化。
- 它的 波動(dòng)性低 — 與一些在混合過程中蒸發(fā)的胺不同，tmpda 會留在原處并發(fā)揮其作用。
- 這是 可溶于多元醇，因此不存在相分離問題。
從催化角度來說，tmpda 通過 雙功能機(jī)制其中兩個(gè)氮原子都可以參與氫提取和親核攻擊，加速氨基甲酸酯鍵的形成，而不會過度產(chǎn)生二氧化碳。
正如一位研究人員所說： “tmpda 比大多數(shù)脂肪胺更好地在活性和控制之間取得平衡?！?/em>
— 張等人， 泡沫塑料雜志，第51卷，2015年
實(shí)際應(yīng)用：tmpda 的實(shí)際應(yīng)用
tmpda 不僅僅是實(shí)驗(yàn)室里的好奇心——它正在全球各地的工廠里努力工作。
1. 高速塊狀泡沫生產(chǎn)線
在連續(xù)泡沫生產(chǎn)中，每一秒都至關(guān)重要。TMPDA 允許生產(chǎn)商以每分鐘 30 米以上的速度運(yùn)行生產(chǎn)線，同時(shí)保持泡沫的完整性。一家歐洲制造商報(bào)告稱 日產(chǎn)量增加17% 從 dabco 轉(zhuǎn)換為基于 tmpda 的催化劑體系后。
2. 模塑柔性泡沫（汽車座椅、家具）
更快的循環(huán)時(shí)間意味著每小時(shí)可以生產(chǎn)出更多的零件。汽車供應(yīng)商喜歡 tmpda，因?yàn)樗軌蛟?4 分鐘內(nèi)完成完全固化——這對于每天生產(chǎn)數(shù)千個(gè)汽車座椅至關(guān)重要。
3. 冷固化自結(jié)皮泡沫
這些致密的自結(jié)皮泡沫（例如扶手或鞋底）得益于 tmpda 的平衡催化作用。您將獲得光滑的表面，沒有表面粘性，以及堅(jiān)固而有彈性的核心。
4. 水發(fā)泡系統(tǒng)（環(huán)保聚氨酯）
隨著 cfcs 和 hfcs 的逐步淘汰，水發(fā)泡材料重新流行起來。tmpda 的低發(fā)泡活性可防止過度放熱，使其成為環(huán)保配方的理想選擇。
處理和安全：尊重分子??
像任何胺一樣，tmpda 不是你想徒手對抗的東西。
- 外貌：無色至淡黃色液體
- 氣味：特征胺（腥味、刺激性——如果你敏感，請戴上口罩）
- 沸點(diǎn)：~160–162°C
- 閃點(diǎn)：~45°c（易燃 - 遠(yuǎn)離火花）
- 蒸汽壓力：低（25°C 時(shí)~0.1 mmhg），因此在適當(dāng)通風(fēng)的情況下吸入風(fēng)險(xiǎn)有限
- ph值（1%溶液）：~10.5
從安全角度來看，它被分類為：
- 刺激物（皮膚/眼睛）
- 可能引起呼吸道刺激
- 未被歸類為致癌物 （根據(jù)歐盟 clp）
始終佩戴手套、護(hù)目鏡并安裝局部排氣裝置。儲存在密封容器中——胺化合物喜歡從空氣中吸收二氧化碳并形成氨基甲酸酯，這會影響催化活性。
環(huán)境和監(jiān)管狀況??
tmpda 不在 REACH SVHC 清單上（截至 2023 年），也不在 TSCA 中列為關(guān)注化學(xué)品。雖然應(yīng)避免直接排放，但它在廢水處理系統(tǒng)中降解得相當(dāng)好。
與雙（二甲氨基乙基）醚（可形成亞硝胺）等較老的催化劑相比，tmpda 具有 更清潔的毒理學(xué)特征. 沒有致突變性標(biāo)志，沒有內(nèi)分泌干擾問題——只是正確完成的傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)。
最后的想法：tmpda——安靜的動(dòng)力源
在一個(gè)癡迷于炫耀新添加劑和“革命性”技術(shù)的行業(yè)中，tmpda 脫穎而出 不浮夸，卻無與倫比. 它并不承諾奇跡——它一批又一批地提供一致性、速度和質(zhì)量。
當(dāng)然，它不會贏得選美比賽。如果你聞得太近，它會聞起來像舊運(yùn)動(dòng)襪。但在聚氨酯反應(yīng)堆的核心，tmpda 就像一個(gè)冷靜的指揮家，讓管弦樂隊(duì)保持和諧。
因此，當(dāng)您下次陷入柔軟的床墊或跳進(jìn)汽車時(shí)，請花一點(diǎn)時(shí)間來欣賞 tmpda 這只看不見的手——這種分子通過一次催化鍵幫助您實(shí)現(xiàn)舒適感。
請記?。涸诰郯滨バ袠I(yè)，就像在生活中一樣，往往是那些安靜的人才能完成最多的工作。??
引用
- 厄特爾，g. 聚氨酯手冊，第二版。慕尼黑：漢瑟出版社，2014 年。
- 烏爾里希，H. 異氰酸酯化學(xué)與技術(shù). 奇切斯特：威利，2007 年。
- zhang, l., wang, y., & liu, h. “胺催化聚氨酯形成的動(dòng)力學(xué)研究?！?泡沫塑料雜志，卷。 51號4年2015月，第321-337頁。
- koenen, j. 等人，“高產(chǎn)量塊狀泡沫生產(chǎn)的催化劑選擇”。 聚合物工程與科學(xué)，卷。 58號6年2018月，第889-897頁。
- 技術(shù)公告：“軟質(zhì)泡沫體系中TMPDA的性能評估?！备咝阅芑瘜W(xué)品，路德維希港，2020年。
- 歐洲化學(xué)品管理局（echa）。 獲得 n,n,n',n'-四甲基-1,3-丙二胺注冊卷宗，2023 年更新。
leo chen 博士在過去 15 年中一直致力于聚氨酯配方、泡沫反應(yīng)器以及偶爾泄漏的胺的研究。他仍然夢想著異氰酸酯指數(shù)。 ????
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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)。
