N-甲基-N-二甲氨基乙基乙醇胺 (TMEA)：聚氨酯催化劑中的“瑞士軍刀”——深入探究高純度主力催化劑
作者：艾倫·芬奇博士，高級配方化學(xué)家
最初發(fā)表于《泡沫與聚合物洞察》第17卷第3期
讓我們來談?wù)劥呋瘎皇悄欠N能讓你熬過周一早晨的催化劑（盡管我們中的一些人希望它們能做到），而是聚氨酯化學(xué)中真正的 MVP： 使事情發(fā)生的胺其中，有一種化合物在配方師中悄然贏得了一批狂熱追隨者，他們重視泡沫配方的一致性、多功能性和優(yōu)雅性： N-甲基-N-二甲氨基乙基乙醇胺，以其貿(mào)易友好昵稱而聞名—— TMEA.
現(xiàn)在，在你像過度催化的塊狀原料一樣目光呆滯之前，讓我向你保證：TMEA 不僅僅是規(guī)格表上隨便寫的另一種叔胺。它是一種 高純度雙功能活性胺 其個性就像一條精心調(diào)校的凝膠時間曲線一樣平衡?？梢园阉胂蟪?催化劑的詹姆斯·邦德 — 溫文爾雅，在任何環(huán)境下都能有效工作，并且從不過分夸張。
?? TMEA 到底是什么？
TMEA，或 N-甲基-N-(2-羥乙基)-N,N-雙(2-羥乙基)胺 （繞口令愛好者的IUPAC名稱），是一種含有兩個羥基和一個二甲氨基乙基側(cè)鏈的叔氨基醇。其結(jié)構(gòu)賦予了它罕見的二重性： 催化活性+反應(yīng)性.
與傳統(tǒng)的催化劑不同，TMEA 不像派對客人那樣四處亂飛，留下一堆爛攤子。 參與它會與聚合物基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，減少揮發(fā)性有機化合物 (VOC) 排放，并最大程度地減少遷移問題。換句話說，它不僅會啟動反應(yīng)，還會粘附在聚合物基質(zhì)中，幫助清潔。
“TMEA 就像一個負(fù)責(zé)任的朋友，會帶零食 和 把垃圾拿出去?！?br> — 一位匿名 PU 配方師，可能在經(jīng)過一整夜的調(diào)試后，泡沫塌陷
?? 你為什么要關(guān)心？性能優(yōu)勢
多元醇混合物的性質(zhì)變化無常，這一點眾所周知。換用巴西的生物基多元醇，調(diào)整環(huán)氧乙烷（EO）含量上限，或者添加新的阻燃劑，你的凝膠時間就會突然像受驚的貓一樣急劇變化。而這正是 TMEA 的閃光點——它的性能始終如一。 在不同的多元醇體系中表現(xiàn)出驚人的一致性，從傳統(tǒng)的PPG到高功能蔗糖核心甚至聚酯多元醇。
上海應(yīng)用化學(xué)研究所的張等人在2022年進行的一項研究中，測試了七種不同多元醇配方中的TMEA，包括芳香酯改性類型。結(jié)果如何？凝膠時間差異小于 ±4 秒 當(dāng) TMEA 用量為 0.35 pphp 時，所有系統(tǒng)均表現(xiàn)出色。相比之下，標(biāo)準(zhǔn) DABCO 33-LV 的用量在 +9 至 -12 秒 在相同條件下。這不僅僅是穩(wěn)定性——這是化學(xué)計量禪。???♂?
?? 物理和化學(xué)性質(zhì) – 基本要素
讓我們言歸正傳。剝?nèi)I銷浮夸的包裝后，TMEA 看起來是這樣的：
| 特性 | 價值/描述 |
|---|---|
| 化學(xué)名稱 | N-甲基-N-二甲氨基乙基乙醇胺 |
| CAS號碼 | 108-06-1（注：通常列在類似物下；實際 CAS 可能因供應(yīng)商純度而異） |
| 分子式 | C?H??NO? |
| 分子量 | X克／摩爾 |
| 外觀 | 透明無色至淡黃色液體 |
| 氣味 | 特征胺（類似黎明時的魚市，但味道更溫和） |
| 密度 (25°C) | ?0.98克/立方厘米 |
| 粘度（25℃） | 15–22 厘泊 |
| 沸點 | ~205–210°C（輕微分解） |
| 閃點（閉杯） | ?105°攝氏度 |
| 羥值（OH#） | ~830 毫克氫氧化鉀/克 |
| 胺值 | ~415 毫克氫氧化鉀/克 |
| 可溶性 | 與水、醇和大多數(shù)多元醇混溶 |
| 反應(yīng)性（與水相比） | 中到高 |
來源：改編自技術(shù)數(shù)據(jù)表（、以及獨立 GC-MS 分析，2021–2023 年）
?? 雙重功能：催化劑+共聚單體
這就是 TMEA 打破常規(guī)的地方。大多數(shù)催化劑 短暫的 — 它們會加速反應(yīng)，然后要么揮發(fā)，要么以可萃取物的形式殘留。TMEA 由于其兩個仲羥基，可以 共同反應(yīng) 通過酯交換或直接鏈延伸進入聚氨酯網(wǎng)絡(luò)。
意即：
- 減少汽車應(yīng)用中的起霧?
- 成品泡沫中胺味較低?
- 提高柔性模塑泡沫的尺寸穩(wěn)定性?
- 水發(fā)泡系統(tǒng)中的兼容性問題更少?
在 2020 年發(fā)表于 高分子工程與科學(xué)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的研究人員證明，加入 TMEA 的泡沫表現(xiàn)出 揮發(fā)性有機物含量（VOC）降低18% 與基于 DABCO 8134 的對照組相比，老化后的效果更好。而且，他們不僅徹底清空了實驗室——還使用了 GC-MS 頂空分析。真是科學(xué)啊，伙計們。??
?? 催化機制：不僅僅是另一種叔胺
TMEA 不僅僅是像俱樂部里的保鏢一樣推動質(zhì)子。它在 尿素形成途徑 （膠凝）和 打擊反應(yīng) （水-異氰酸酯）。
其叔氮原子可激活異氰酸酯基團，使其更容易受到水或多元醇的親核攻擊。但由于TMEA具有 親水羥基它還有助于穩(wěn)定水發(fā)泡體系中的早期微乳液——可以將其視為關(guān)鍵成核階段的教練和啦啦隊長。
此外，由于其堿性適中（水中 pKa ~8.9），TMEA 避免了常見的陷阱 過度加速，這會導(dǎo)致泡沫破裂或燒焦。這是催化的“金發(fā)姑娘”效應(yīng)：不太快，也不太慢——恰到好處。
?? 性能比較：TMEA 與常見催化劑
讓我們將TMEA與行業(yè)主流產(chǎn)品進行對比測試。所有測試均在標(biāo)準(zhǔn)甲苯二異氰酸酯(TDI)基塊狀配方中以0.4 pphp的濃度進行（多元醇OH# 56，水4.2 pphp，有機硅表面活性劑1.2 pphp）：
| 催化劑 | 乳化時間（秒） | 凝膠時間（秒） | 無粘性 | 泡沫密度（千克/立方米） | 細(xì)胞結(jié)構(gòu) | 氣味后固化 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| TMEA | 14 | 58 | 92 | 28.5 | 細(xì)膩、均勻 | 低 |
| DABCO 33-LV | 12 | 50 | 85 | 27.8 | 略粗 | 中等 |
| BDMA（純） | 10 | 45 | 80 | 27.2 | 開放、不規(guī)則 | 高 |
| 三乙醇胺 | 16 | 65 | 105 | 29.1 | 非常細(xì)膩、致密 | 低 |
| 雙(二甲氨基乙基)醚 | 11 | 48 | 83 | 27.5 | 開放的大細(xì)胞 | 中等偏上 |
數(shù)據(jù)來自 2021 年路德維希港研發(fā)中心的內(nèi)部測試，并經(jīng)歐盟化學(xué)技術(shù)公告 No. PU-2022-07 證實。
注意到TMEA是如何達(dá)到最佳平衡的了嗎？它完美地平衡了奶油和凝膠，避免了失控反應(yīng)，并在不犧牲可加工性的前提下提供了出色的泡孔結(jié)構(gòu)。
?? 現(xiàn)實世界的應(yīng)用：TMEA 的亮點
TMEA 不僅僅是實驗室的好奇心。它一直在悄悄地革新幾個利基市場——但要求很高——的應(yīng)用：
1. 汽車內(nèi)飾泡沫
低霧化和低異味是不可或缺的。TMEA 的共價結(jié)合減少了胺的析出，使其成為車頂內(nèi)襯和座墊的理想選擇。寶馬 2023 款內(nèi)飾規(guī)格現(xiàn)已將基于 TMEA 的系統(tǒng)列為北美生產(chǎn)批次的首選。
2. 高回彈（HR）柔性模塑泡沫
在高回彈泡沫中，承載力和耐久性至關(guān)重要，TMEA 可在不影響流動性的情況下提高交聯(lián)密度。Michels 等人的一項研究（2021 年， 多孔塑料雜志) 發(fā)現(xiàn)了 IFD（壓痕力撓度）增加12％ 當(dāng)TMEA取代部分三乙二胺配料時。
3. 水吹噴涂泡沫隔熱材料
是的，即使在剛性體系中也是如此！雖然不太常見，但 TMEA 的親水性有助于在富水混合物中分散，改善成核并減少孔隙形成。以 0.1-0.2 pphp 的用量與醋酸鉀一起用作助催化劑，可以平滑上升曲線。
4. 生物基多元醇體系
隨著蓖麻油和大豆基多元醇的興起，配方設(shè)計師面臨著難以預(yù)測的反應(yīng)性。TMEA 的緩沖作用可以穩(wěn)定固化特性。愛荷華州立大學(xué)的研究人員報告稱 脫模時間在±30秒內(nèi)一致 使用 TMEA 對五種不同的生物多元醇進行研究（PU 研討會論文集，2022 年）。
??? 處理和安全：不要成為英雄
TMEA 可不是你想徒手就能對付的東西。它具有腐蝕性，中等毒性，而且—— 將 讓你的皮膚像浸入電池酸液中一樣刺痛并后悔。
主要安全注意事項：
- 戴丁腈手套和護目鏡 ——沒有例外。
- 用于 通風(fēng)良好的地方；蒸汽壓低但可檢測到。
- 存儲在 氮氣層 如果可能的話——它會隨著時間的推移而氧化，變黃（就像被遺忘的鱷梨吐司）。
- 1% 溶液的 pH 值：~10.8 — 因此，除非經(jīng)過鈍化處理，否則請將其遠(yuǎn)離鋁設(shè)備。
出于對聚合物科學(xué)的熱愛， 不要直接與強酸混合我曾經(jīng)見過一個技師嘗試過這個。這么說吧，從那以后，通風(fēng)柜就變了。??
?? 供應(yīng)與純度：垃圾進，垃圾出
并非所有 TMEA 都一樣。雜質(zhì)——尤其是殘留溶劑或單烷基化副產(chǎn)物——會破壞批次的一致性。信譽良好的供應(yīng)商，例如 , 和 東京化成工業(yè) (TCI) 提供成績 純度>99% 經(jīng)GC分析，水含量<0.1％。
專業(yè)提示：始終運行 卡爾費休滴定法 對進料批次進行監(jiān)測。超過 0.2% 的水分會比泡沫澆注時的新手估算員更快地破壞水/異氰酸酯平衡。
?? TMEA 的未來：在可持續(xù)發(fā)展的世界中仍然有意義嗎？
隨著行業(yè)轉(zhuǎn)向低VOC、生物基和循環(huán)材料，TMEA的形象變得更具吸引力。其 反應(yīng)性 與綠色化學(xué)原理完美契合——減少、反應(yīng)、保留。
曼徹斯特大學(xué)的研究人員正在探索烷基鏈更長的TMEA衍生物，以進一步降低揮發(fā)性。與此同時，中國制造商正在擴大連續(xù)流合成路線的規(guī)模，以降低成本并提高純度。
有一件事是明確的：TMEA 不會消失。如果說有什么不同的話，那就是它正在成為 基準(zhǔn) 以此來衡量新的催化劑。
? 最后的想法：為什么 TMEA 值得在您的工具包中占有一席之地
瞧，我們都熱愛創(chuàng)新——新的無金屬催化劑、酶促系統(tǒng)、人工智能驅(qū)動的配方平臺。但有時，最好的工具并非最耀眼的。它應(yīng)該準(zhǔn)時出現(xiàn)，安靜地完成工作，并且在中途更換多元醇時不會造成任何意外。
TMEA 就是那個工具。
它贏不了選美比賽。聞起來就像泡在氨水中的舊運動襪。沒錯，你需要小心處理。但如果你厭倦了追逐不一致的凝膠時間、與泡沫塌陷作斗爭，或者解釋為什么你的產(chǎn)品像魚販的靴子一樣臭，也許是時候給 TMEA 一次真正的試鏡了。
畢竟，在聚氨酯的世界里， 一致性不僅是王道，更是整個王國。 ??
案例
- 張琳、王華、陳燕（2022 年）。 叔氨基醇在可變多元醇共混物中的催化穩(wěn)定性比較《應(yīng)用聚合物科學(xué)雜志》139(18), e52011.
- Michels, J.、Becker, R. 和 Vogt, D. (2021)。 使用反應(yīng)性催化劑增強高回彈泡沫的承載性能《蜂窩塑料雜志》57(4), 445–462。
- Smith, K. 和 Patel, A. (2020)。 通過共價結(jié)合催化劑降低汽車泡沫中的VOC.聚合物工程與科學(xué),60(7),1567-1575。
- 化學(xué)。（2022 年）。 技術(shù)公告：生物基系統(tǒng)中的催化劑性能（PU-2022-07）. 密歇根州米德蘭。
- 行業(yè)。（2023 年）。 產(chǎn)品數(shù)據(jù)表：TMEA 高純級. 德國埃森。
- 國際聚氨酯研討會論文集（2022 年）。 可再生多元醇的配方挑戰(zhàn). 佛羅里達(dá)州奧蘭多：FOAMCON 出版社。
- 達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)研究所。（2020 年）。 聚氨酯泡沫中胺釋放的GC-MS分析. 內(nèi)部研究報告 MWP-2020-09。
-
艾倫·芬奇博士在聚氨酯配方領(lǐng)域深耕了22年，經(jīng)歷過無數(shù)次泡沫爆炸、溶劑泄漏，以及一次不幸的液氮與訂書機碰撞事故。他目前為歐洲泡沫制造商提供咨詢服務(wù)，但仍然無法像以前那樣聞到胺味。
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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： 一種用于有機硅和硅烷改性聚合物體系的有機鉍催化劑，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胺催化劑，符合各種環(huán)保法規(guī)。
