???? 環(huán)保型聚氨酯生產(chǎn)：利用低排放N-甲基-N-二甲氨基乙基乙醇胺（TMEA）實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)
作者：Lena Hartwell 博士，高級(jí)配方化學(xué)家兼綠色材料倡導(dǎo)者
讓我們來(lái)談?wù)劸郯滨ァ堑?，它能讓你跑鞋更有彈性，讓你的汽?chē)座椅更舒適，讓你的冰箱更隔熱。 實(shí)際上工作但我們也要承認(rèn)：制造聚氨酯并不總是像在有機(jī)花園里漫步一樣輕松。從歷史上看，它更像是在炎熱的夏日里漫步經(jīng)過(guò)一家化工廠——?dú)馕峨y聞、黏糊糊的，而且不太環(huán)保。
但時(shí)代在變。??隨著全球減少揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC) 排放的壓力越來(lái)越大，以及制造商在不犧牲性能的情況下尋求更環(huán)保的替代品，該行業(yè)正在翻開(kāi)新的一頁(yè) - 或者更確切地說(shuō)，是一種新的胺。
輸入 N-甲基-N-二甲氨基乙基乙醇胺在實(shí)驗(yàn)室里被親切地稱為 TMEA這個(gè)小分子不僅僅是一個(gè)被扔進(jìn)化學(xué)湯里的縮寫(xiě)詞；它正在成為可持續(xù)聚氨酯生產(chǎn)領(lǐng)域的顛覆性力量。今天，我們將深入探討——無(wú)需佩戴護(hù)目鏡（但強(qiáng)烈建議佩戴）。
?? 什么是 TMEA？肩負(fù)使命的分子
TMEA，CAS 編號(hào)為 102-53-6，分子式為 C?H??NO?屬于叔氨基醇家族。它的結(jié)構(gòu)非常優(yōu)雅——可以想象成一個(gè)氮原子，上面帶著兩個(gè)甲基，與一個(gè)同樣帶有二甲氨基的乙醇鏈緊密相連。很奇特嗎？沒(méi)錯(cuò)。功能性很強(qiáng)？甚至更好。
它的主要作用是什么？ 催化劑 在聚氨酯泡沫生產(chǎn)中，尤其是在床墊、家具和汽車(chē)內(nèi)飾中使用的軟質(zhì)塊狀泡沫中，TMEA 的應(yīng)用尤為突出。但關(guān)鍵在于：與三乙二胺 (DABCO?) 或雙(二甲氨基乙基)醚 (BDMAEE) 等傳統(tǒng)催化劑不同，TMEA 不僅催化效率高，而且能夠保持 排放量極低.
換句話說(shuō)，它可以幫助你制作出不發(fā)臭的泡沫——從字面上和比喻上來(lái)說(shuō)都是如此。
??? 排放為何重要：聚氨酯泡沫中的 VOC 問(wèn)題
聚氨酯泡沫是由多元醇與二異氰酸酯（如MDI或TDI）反應(yīng)生成的，而這一反應(yīng)需要催化劑的幫助。但許多傳統(tǒng)催化劑會(huì)導(dǎo)致 起霧, 氣味和 室內(nèi)空氣污染 由于殘留揮發(fā)物。
根據(jù)張等人2020年的一項(xiàng)研究，新車(chē)中高達(dá)30%的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）源自聚氨酯部件，其中胺基催化劑是主要來(lái)源[1]。當(dāng)你花大價(jià)錢(qián)購(gòu)買(mǎi)“新車(chē)氣味”套裝時(shí)，這可不是什么好東西。
TMEA 可作為低 VOC 替代品，因?yàn)椋?/p>
- 它也有 低蒸氣壓 （25°C 時(shí)≈0.01 毫米汞柱）
- 它展示了 高沸點(diǎn) (>200°C)
- 它表明 減少移民 來(lái)自聚合物基質(zhì)
- 它水解緩慢，最大限度地減少游離胺的釋放
這意味著空氣中逸出的灰塵更少，工廠工人的頭痛也更少，顧客也會(huì)更滿意，因?yàn)樗麄冏谛律嘲l(fā)上時(shí)不會(huì)感覺(jué)像走進(jìn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。
?? 性能與可持續(xù)性的結(jié)合：TMEA 如何運(yùn)作
TMEA 的功能是 雙效催化劑，促進(jìn) 膠凝反應(yīng) （多元醇+異氰酸酯→聚氨酯）和 發(fā)泡反應(yīng) （水+異氰酸酯→CO?+尿素）。這種平衡對(duì)于生產(chǎn)具有均勻孔結(jié)構(gòu)和最佳物理性能的泡沫至關(guān)重要。
這就是 TMEA 的優(yōu)勢(shì)所在：它提供 可調(diào)反應(yīng)性通過(guò)調(diào)整濃度（通常為 0.1–0.5 pphp），制造商可以微調(diào)乳化時(shí)間、凝膠時(shí)間和無(wú)粘性時(shí)間，而無(wú)需使用助催化劑或高排放添加劑。
| 產(chǎn)品型號(hào) | TMEA | 傳統(tǒng)BDMAEE | 優(yōu)勢(shì) |
|---|---|---|---|
| 沸點(diǎn)（℃） | > 200 | ?180 | 蒸發(fā)少 |
| 蒸氣壓（毫米汞柱，25°C） | 0.01 | 0.15 | 降低VOC排放 |
| 建議劑量（pphp） | 0.2-0.4 | 0.3-0.6 | 更高效 |
| 氣味強(qiáng)度（1-10 級(jí)） | 2 | 6 | 更加友好 |
| 泡沫密度（千克/立方米） | 28-32 | 27-33 | 可比 |
| 拉伸強(qiáng)度（kPa） | 120-140 | 115-135 | 稍微好一些 |
| 殘留胺（μg/g泡沫） | <50 | 150-300 | 顯著降低 |
數(shù)據(jù)來(lái)源于工業(yè)試驗(yàn)（2021）和同行評(píng)審研究[2,3]
正如您所見(jiàn)，TMEA 不僅僅是漂綠——它在關(guān)鍵可持續(xù)性指標(biāo)上的表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，同時(shí)在機(jī)械方面也保持了自己的優(yōu)勢(shì)。
?? 現(xiàn)實(shí)世界的影響：從實(shí)驗(yàn)室到客廳
采用 TMEA 并非只是理論上的。在以下法規(guī)的推動(dòng)下，歐洲和北美的主要泡沫生產(chǎn)商已開(kāi)始將其整合到其配方中： REACH 和 加州 AB 2442 （對(duì)汽車(chē)內(nèi)部的霧氣和氣味設(shè)定了嚴(yán)格的限制）。
例如，一家德國(guó)泡沫制造商報(bào)告稱， 胺排放量減少60% 在將冷固化軟質(zhì)泡沫中的 BDMAEE 替換為 TMEA 后 [4]，工人們注意到空氣質(zhì)量有所改善，客戶對(duì)“化學(xué)氣味”的投訴比會(huì)議晚宴上不合時(shí)宜的笑話減少得更快。
更令人鼓舞的是：TMEA 與 生物基多元醇。與蓖麻油衍生的多元醇搭配使用時(shí)，產(chǎn)生的泡沫不僅低排放，而且部分可再生?，F(xiàn)在 這是 我稱之為雙贏。
??? 在您的流程中使用 TMEA 的實(shí)用技巧
更換催化劑不像換咖啡品牌那樣——需要考慮一些化學(xué)反應(yīng)。以下是我多年來(lái)反復(fù)試驗(yàn)，以及偶爾遇到的實(shí)驗(yàn)室爆炸（我發(fā)誓，都是些小爆炸）后總結(jié)的一些小技巧：
- 從低處開(kāi)始，慢慢來(lái)：從 0.2 pphp 開(kāi)始，并根據(jù)流動(dòng)特性進(jìn)行調(diào)整。TMEA 效力強(qiáng)。
- 監(jiān)測(cè)適用期：雖然 TMEA 可以稍微延長(zhǎng)工作時(shí)間，但過(guò)量使用會(huì)延遲脫模。平衡是關(guān)鍵。
- 與延遲胺催化劑配對(duì)：對(duì)于復(fù)雜的模具，將 TMEA 與延遲作用催化劑（例如 Dabco BL-11）結(jié)合使用以控制上升曲線。
- 存儲(chǔ)問(wèn)題：請(qǐng)將 TMEA 存放在密封容器中，遠(yuǎn)離潮濕。它具有吸濕性——它會(huì)吸收濕氣，就像大學(xué)生喝能量飲料一樣。
- 可提取物測(cè)試：雖然胺浸出量較低，但在涉及皮膚接觸的應(yīng)用中（例如嬰兒床墊），務(wù)必驗(yàn)證胺浸出量。
請(qǐng)記?。嚎沙掷m(xù)性并非一次性的升級(jí)，而是一種心態(tài)。正如我的老導(dǎo)師曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的：“綠色化學(xué)并非為了減少危害，而是為了創(chuàng)造更多效益?！?/p>
?? 研究結(jié)果：最新發(fā)現(xiàn)概覽
讓我們花點(diǎn)時(shí)間向世界各地實(shí)驗(yàn)室里辛勤工作的科學(xué)家們致敬。以下是近期文獻(xiàn)中關(guān)于TMEA的報(bào)道：
- 劉等人。 （2022） 發(fā)現(xiàn)基于 TMEA 的泡沫表現(xiàn)出 總揮發(fā)性有機(jī)物排放量 (TVOC) 降低 20% 與標(biāo)準(zhǔn)配方相比，承載能力沒(méi)有損失[5]。
- Müller 和團(tuán)隊(duì) (2021) 進(jìn)行的生命周期評(píng)估 (LCA) 得出結(jié)論，用 TMEA 替代 BDMAEE 可降低 每噸泡沫的碳足跡減少約 8%，主要是因?yàn)橥L(fēng)和后處理所需的能量較低[6]。
- 日本研究人員證明，TMEA 可以通過(guò)蒸餾回收并再利用，為 閉環(huán)制造 ——綠色化學(xué)領(lǐng)域的圣杯[7]。
這些并非無(wú)關(guān)緊要的主張。它們是經(jīng)過(guò)同行評(píng)審的、可重復(fù)的結(jié)果，推動(dòng)著清潔生產(chǎn)的發(fā)展。
?? 挑戰(zhàn)與思考
當(dāng)然，沒(méi)有完美的技術(shù)。TMEA 確實(shí)有一些注意事項(xiàng)：
- 成本：目前，TMEA 的價(jià)格比 BDMAEE 貴 15-20% 左右。但如果考慮到降低通風(fēng)成本、降低工人暴露控制以及合規(guī)成本的節(jié)省，總擁有成本通常會(huì)達(dá)到平衡。
- 顏色發(fā)展：在某些配方中，TMEA 可能會(huì)導(dǎo)致輕微泛黃。這在大多數(shù)應(yīng)用中并不是什么大問(wèn)題，但對(duì)于淺色泡沫來(lái)說(shuō)，需要注意。
- 供應(yīng)鏈成熟度：雖然可以從 和 等供應(yīng)商處獲得，但全球供應(yīng)量尚不如傳統(tǒng)催化劑那么強(qiáng)勁。請(qǐng)?zhí)崆耙?guī)劃。
不過(guò)，隨著需求的增長(zhǎng)，規(guī)模經(jīng)濟(jì)可能會(huì)彌補(bǔ)這些差距——就像生物基多元醇和非光氣聚碳酸酯一樣。
?? 更廣闊的視野：超越分子的可持續(xù)性
使用 TMEA 不僅僅是將一種催化劑換成另一種。這是更廣泛轉(zhuǎn)變的一部分，即 負(fù)責(zé)任的制造 — 從一開(kāi)始就考慮性能、安全性和環(huán)境影響。
想象一下這樣的未來(lái)：每個(gè)泡沫坐墊、每個(gè)汽車(chē)頂篷、每塊隔熱板都以最低排放、最大程度回收和零負(fù)罪感的方式制造。這樣的未來(lái)并非科幻小說(shuō)。它已在全球各地的反應(yīng)堆中醞釀——由像TMEA這樣的分子引領(lǐng)。
所以下次你癱倒在沙發(fā)上時(shí)，深吸一口氣……然后微笑。那種清新空氣般的感覺(jué)？這就是化學(xué)反應(yīng)。???
?? 參考文獻(xiàn)
[1] 張燕、王琳、陳華（2020）。 汽車(chē)內(nèi)飾聚氨酯泡沫中的揮發(fā)性有機(jī)化合物：來(lái)源及緩解策略《應(yīng)用聚合物科學(xué)雜志》, 137(15), 48567.
[2] 技術(shù)公告。（2021 年）。 TMEA：用于軟質(zhì)塊狀泡沫的低排放催化劑. 路德維希港：SE。
[3] Smith, JR 和 Patel, K. (2019)。 選擇胺催化劑以減少汽車(chē)內(nèi)飾部件起霧. 當(dāng)今聚氨酯，34(2)，12–18。
[4] Becker，F(xiàn).等人（2022年）。 低VOC催化劑在冷固化泡沫生產(chǎn)中的工業(yè)應(yīng)用.歐洲涂料雜志，5，44-50。
[5] 劉敏，趙倩，唐曉玲（2022）。 TMEA催化的柔性聚氨酯泡沫的排放特性和機(jī)械性能《蜂窩塑料雜志》58(3), 301–317。
[6] Müller, A.、Klein, D. 和 Richter, F. (2021)。 聚氨酯泡沫制造中催化劑體系的生命周期評(píng)估綠色化學(xué)，23(10)，3789–3801。
[7] 田中，H.，等人。 （2020）。 聚氨酯生產(chǎn)中叔氨基醇催化劑的回收與再利用.化學(xué)工程研究與設(shè)計(jì)，162，210-218。
?? 您對(duì)綠色催化劑有什么想法？發(fā)現(xiàn) TMEA 在您的生產(chǎn)線上發(fā)揮了神奇的作用？還是還在使用那些老掉牙的催化劑？歡迎留言——化學(xué)家們喜歡積極的辯論（當(dāng)然也喜歡干凈的實(shí)驗(yàn)室）。
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其他產(chǎn)品：
- NT CAT T-12： 一種用于室溫固化的快速固化硅膠體系。
- NT CAT UL1： 適用于有機(jī)硅及硅烷改性聚合物體系，催化活性中等，活性比T-12略低。
- NT CAT UL22： 適用于有機(jī)硅及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)硅及硅烷改性的聚合物體系，該系列活性較高，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，活性高于T-12。
- 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)境法規(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)。
