夜先锋av资源网站,久久国产热这里只有精品,国精产品一区二区三区有限公司 http://www.ku9.com.cn Wed, 16 Jul 2025 00:51:29 +0000 zh-CN hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.1.7 CASE(非泡PU)通用催化劑在低溫固化和高固含量體系中的應(yīng)用前景 http://www.ku9.com.cn/archives/16383 Wed, 16 Jul 2025 00:51:29 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16383 CASE(非泡PU)通用催化劑在低溫固化與高固含量體系中的應(yīng)用前景

作為一名從事聚氨酯行業(yè)多年的技術(shù)人員,我常常被問到一個(gè)問題:“為什么我們?cè)诘蜏丨h(huán)境下做出來的聚氨酯材料總是性能不理想?有沒有什么辦法能解決這個(gè)問題?”其實(shí),這背后隱藏著一個(gè)非常核心的議題——催化劑的選擇。尤其是在CASE(Coatings, Adhesives, Sealants and Elastomers,即涂料、膠黏劑、密封劑和彈性體)領(lǐng)域中,非泡型聚氨酯體系對(duì)催化劑的要求尤為苛刻。特別是在低溫固化和高固含量體系中,催化劑的作用可以說是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。

今天我們就來聊一聊,在低溫固化與高固含量體系中,一款通用型催化劑如何“扛起大旗”,成為工程師們眼中的“救星”。


一、從頭說起:什么是CASE?又為何需要催化劑?

首先,我們得明確一下CASE這個(gè)概念。它是指聚氨酯在涂料、膠黏劑、密封劑和彈性體四大類應(yīng)用中的統(tǒng)稱。這些產(chǎn)品大多要求環(huán)保、低VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)、高性能,同時(shí)還要適應(yīng)不同的施工條件,比如溫度、濕度、基材類型等。

而在這些體系中,聚氨酯的反應(yīng)主要是異氰酸酯(NCO)與多元醇(OH)之間的反應(yīng),生成氨基甲酸酯鍵。這個(gè)反應(yīng)本身雖然可以在常溫下進(jìn)行,但速度慢、效率低,尤其是當(dāng)溫度降低或者體系粘度升高時(shí),反應(yīng)幾乎陷入停滯。這時(shí)候,催化劑就顯得尤為重要了。


二、低溫固化為何難?催化劑怎么破局?

1. 低溫環(huán)境下的挑戰(zhàn)

在冬季或寒冷地區(qū)施工時(shí),氣溫往往低于10℃,甚至接近0℃。這種情況下,傳統(tǒng)催化劑如有機(jī)錫類(如二月桂酸二丁基錫DBTDL)的活性會(huì)大幅下降,導(dǎo)致反應(yīng)速率變慢,表干時(shí)間延長,終影響涂層或膠層的初期強(qiáng)度和附著力。

更糟的是,低溫還會(huì)導(dǎo)致體系粘度升高,流動(dòng)性變差,容易出現(xiàn)流平不良、氣泡難以逸出等問題。這對(duì)高固含量體系來說更是雪上加霜。

2. 催化劑的應(yīng)對(duì)之道

這就需要一種能夠在低溫下仍保持高活性的催化劑。近年來,一些新型的胺類催化劑(如叔胺類)和金屬絡(luò)合物類催化劑逐漸嶄露頭角。它們不僅能在低溫下快速引發(fā)反應(yīng),還能有效調(diào)節(jié)反應(yīng)平衡,避免過快凝膠化帶來的缺陷。

以某款新型非錫類通用催化劑為例,其主要成分為改性脂肪族叔胺與鋅離子復(fù)合物,具有以下特點(diǎn):

特性 參數(shù)
外觀 淡黃色透明液體
密度(25℃) 1.02 g/cm3
粘度(25℃) 30-60 mPa·s
pH值(1%水溶液) 9.8-10.5
推薦用量 0.1%-0.5% wt
固化溫度范圍 -10℃ ~ 40℃
VOC含量 <50 g/L
兼容性 聚醚、聚酯多元醇體系良好兼容

這款催化劑在-10℃環(huán)境下依然能保持較快的反應(yīng)速率,且不會(huì)引起明顯的黃變或脆化問題,非常適合用于戶外施工或北方冬季項(xiàng)目。


三、高固含量體系的“痛點(diǎn)”與催化劑的“解藥”

1. 高固含量體系的特點(diǎn)

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格,高固含量(High Solid Content, HSC)聚氨酯體系因其低VOC排放而受到廣泛歡迎。這類體系通常固含量在70%以上,甚至可達(dá)90%,意味著溶劑少、粘度高、流動(dòng)性差。

在這樣的體系中,催化劑不僅要促進(jìn)反應(yīng),還要兼顧以下幾個(gè)方面:

  • 反應(yīng)均勻性:防止局部過快反應(yīng)導(dǎo)致交聯(lián)不均;
  • 適用期控制:既要保證足夠操作時(shí)間,又要確保后期固化完全;
  • 儲(chǔ)存穩(wěn)定性:不能因催化作用過強(qiáng)而縮短A組分存放壽命。

2. 催化劑的適配策略

對(duì)于高固含量體系,推薦使用延遲型催化劑或緩釋型催化劑。例如某些季銨鹽類催化劑,它們?cè)诔跏茧A段活性較低,隨著溫度升高或反應(yīng)進(jìn)行逐步釋放催化能力,從而實(shí)現(xiàn)“先流動(dòng)后反應(yīng)”的效果。

  • 反應(yīng)均勻性:防止局部過快反應(yīng)導(dǎo)致交聯(lián)不均;
  • 適用期控制:既要保證足夠操作時(shí)間,又要確保后期固化完全;
  • 儲(chǔ)存穩(wěn)定性:不能因催化作用過強(qiáng)而縮短A組分存放壽命。

2. 催化劑的適配策略

對(duì)于高固含量體系,推薦使用延遲型催化劑或緩釋型催化劑。例如某些季銨鹽類催化劑,它們?cè)诔跏茧A段活性較低,隨著溫度升高或反應(yīng)進(jìn)行逐步釋放催化能力,從而實(shí)現(xiàn)“先流動(dòng)后反應(yīng)”的效果。

此外,部分雙功能催化劑(如兼具促進(jìn)NCO-OH反應(yīng)和消泡功能的品種)也能在高固體系中發(fā)揮一箭雙雕的作用,提升整體工藝適應(yīng)性。

以下是一些常見催化劑在高固含量體系中的表現(xiàn)對(duì)比:

催化劑類型 反應(yīng)速度 表干時(shí)間(23℃) 適用期 黃變傾向 是否含錫
DBTDL(有機(jī)錫) 30分鐘 短(<1小時(shí)) 明顯
DABCO 33LV(叔胺) 中等偏快 45分鐘 中等(1-2小時(shí)) 較輕
新型鋅系催化劑 中等 60分鐘 長(2-4小時(shí)) 幾乎無
季銨鹽類 慢啟動(dòng),快后期 90分鐘 長(3-6小時(shí))

可以看到,非錫類催化劑在高固體系中表現(xiàn)出更強(qiáng)的綜合優(yōu)勢(shì),尤其在環(huán)保性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面更具競(jìng)爭(zhēng)力。


四、通用催化劑的崛起:一個(gè)“多面手”的誕生

過去,我們常常需要為不同應(yīng)用場(chǎng)景選擇不同類型的催化劑,比如低溫用一種,高溫用一種,高固用一種,低粘用一種……這讓配方設(shè)計(jì)變得復(fù)雜,也增加了庫存成本。

而現(xiàn)在,越來越多廠商開始推出所謂的“通用型”催化劑,顧名思義,就是適用于多種工藝條件、多種配方體系的催化劑。它們通常具備以下幾個(gè)特征:

  • 寬泛的溫度適應(yīng)性:可在-10℃至40℃之間穩(wěn)定工作;
  • 良好的相容性:適用于聚醚、聚酯、蓖麻油等多種多元醇體系;
  • 可調(diào)性強(qiáng):通過調(diào)整用量即可靈活控制反應(yīng)速率;
  • 環(huán)保合規(guī):不含重金屬,符合REACH、RoHS等國際標(biāo)準(zhǔn)。

以某品牌推出的“X-Cat 300”為例,該催化劑在多個(gè)CASE客戶的應(yīng)用反饋中表現(xiàn)優(yōu)異,尤其是在低溫施工和高固體系中均展現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。

性能指標(biāo) X-Cat 300
類型 改性叔胺/金屬復(fù)合物
推薦用途 膠黏劑、密封劑、彈性體、水性體系
推薦用量 0.1%-0.3% wt
凝膠時(shí)間(23℃) 15-25分鐘
表干時(shí)間(23℃) 40-60分鐘
低溫適應(yīng)性 -10℃仍有活性
環(huán)保認(rèn)證 REACH、FDA、GB/T 23997-2009

更重要的是,這種通用催化劑還可以與其他輔助催化劑復(fù)配使用,進(jìn)一步拓展其應(yīng)用邊界。比如搭配延遲型催化劑,可用于雙組分噴涂系統(tǒng);搭配消泡助劑,則可以減少高固體系中的氣泡殘留。


五、未來趨勢(shì):環(huán)保+智能=催化劑的新方向

隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的重視程度不斷提升,未來的聚氨酯催化劑將朝著兩個(gè)方向發(fā)展:

  1. 更加環(huán)保:徹底擺脫錫、鉛等重金屬的使用,向生物基、可降解方向靠攏;
  2. 更加智能:開發(fā)響應(yīng)型催化劑,能夠根據(jù)溫度、濕度、pH值等外界條件自動(dòng)調(diào)節(jié)活性,實(shí)現(xiàn)“按需催化”。

目前已有研究團(tuán)隊(duì)嘗試將納米材料(如氧化鋅納米顆粒)、光敏催化劑引入聚氨酯體系中,取得了初步成果。盡管這些技術(shù)尚未大規(guī)模商業(yè)化,但無疑為未來提供了新的可能性。


結(jié)語:選好催化劑,就像找對(duì)了人生的“加速器”

說到底,催化劑就像是化學(xué)反應(yīng)中的“加速器”,它不會(huì)改變反應(yīng)的本質(zhì),但卻能決定成敗的速度與質(zhì)量。在CASE非泡PU體系中,尤其是在低溫固化與高固含量體系中,選擇合適的催化劑,不僅關(guān)乎產(chǎn)品的性能,更直接影響施工效率、環(huán)保合規(guī)以及客戶的滿意度。

當(dāng)然,催化劑不是萬能的,它只是整個(gè)配方中的一環(huán)。要想真正做好一款聚氨酯產(chǎn)品,還需要從原料選擇、工藝控制、設(shè)備配套等多個(gè)方面通盤考慮。但毋庸置疑的是,一個(gè)好的催化劑,絕對(duì)是你通往成功路上不可或缺的“神助攻”。


參考文獻(xiàn)(節(jié)選)

國內(nèi)文獻(xiàn):

  1. 張偉, 李明. 聚氨酯催化劑研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2021, 19(3): 45-52.
  2. 王芳, 劉洋. 低溫固化聚氨酯膠黏劑的研究[J]. 粘接, 2020, 41(6): 33-37.
  3. GB/T 23997-2009, 室內(nèi)裝飾裝修用膠黏劑中有害物質(zhì)限量[S].

國外文獻(xiàn):

  1. Frisch, K. C., & Saunders, J. H. (1962). The Chemistry of Polyurethanes. Interscience Publishers.
  2. G. Oertel (Ed.). (1993). Polyurethane Handbook (2nd ed.). Hanser Verlag.
  3. Liu, Y., et al. (2022). Development of non-tin catalysts for polyurethane systems: A review. Progress in Polymer Science, 112, 101503.
  4. M. Szycher (Ed.). (1999). Szycher’s Handbook of Polyurethanes (2nd ed.). CRC Press.

(全文完)

====================聯(lián)系信息=====================

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公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號(hào)

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公司其它產(chǎn)品展示:

  • NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系,快速固化。

  • NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,活性略低于T-12。

  • NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性比T-12高,優(yōu)異的耐水解性能。

  • NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,該系列催化劑中活性高,常用于替代T-12。

  • NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。

  • NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。

  • NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,耐水解性良好。

  • NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,特別推薦用于MS膠,活性比T-12高。

  • NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類催化劑,可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性較低,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

  • NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類催化劑,可用于室溫硫化硅橡膠,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

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如何通過CASE(非泡PU)通用催化劑實(shí)現(xiàn)各種CASE應(yīng)用的性能平衡與優(yōu)化 http://www.ku9.com.cn/archives/16382 Wed, 16 Jul 2025 00:47:13 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16382 如何通過CASE(非泡PU)通用催化劑實(shí)現(xiàn)各種CASE應(yīng)用的性能平衡與優(yōu)化

在化工材料的世界里,聚氨酯(Polyurethane,簡(jiǎn)稱PU)無疑是一個(gè)“多面手”。從柔軟的泡沫床墊到堅(jiān)硬的汽車保險(xiǎn)杠,從彈性十足的跑道地面到防水耐候的建筑密封膠,它幾乎無處不在。而在這龐大的聚氨酯家族中,“CASE”這個(gè)縮寫顯得格外低調(diào)卻舉足輕重——它代表的是聚氨酯四大主要應(yīng)用領(lǐng)域:Coatings(涂料)、Adhesives(膠粘劑)、Sealants(密封劑)和Elastomers(彈性體)。

不同于發(fā)泡型聚氨酯(Foam PU),CASE產(chǎn)品通常不追求“蓬松感”,而是更注重機(jī)械強(qiáng)度、耐候性、附著力、固化速度等性能之間的平衡。而在這一切的背后,有一類“幕后英雄”默默發(fā)力,那就是——非泡PU通用催化劑。


一、什么是CASE?又為何需要“催化劑”?

首先,我們得先搞清楚CASE到底是什么。簡(jiǎn)單來說:

應(yīng)用類型 典型用途
涂料(Coatings) 地坪漆、木器漆、防腐涂層等
膠粘劑(Adhesives) 結(jié)構(gòu)膠、快干膠、熱熔膠等
密封劑(Sealants) 建筑幕墻密封、門窗填縫、電子灌封等
彈性體(Elastomers) 滾輪、緩沖墊、輥筒、輪胎等

這些材料雖然形態(tài)各異,但它們的化學(xué)本質(zhì)都是由多元醇(polyol)和多異氰酸酯(isocyanate)反應(yīng)生成的聚氨酯。而在這個(gè)反應(yīng)過程中,催化劑的作用就是調(diào)節(jié)反應(yīng)速率、控制反應(yīng)路徑,從而影響終產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。

想象一下,如果不用催化劑,反應(yīng)可能太慢導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下;或者太快,導(dǎo)致無法操作、氣泡多、結(jié)構(gòu)不均。所以,選擇合適的催化劑,就像選對(duì)了樂隊(duì)指揮,能讓整個(gè)交響樂演奏出動(dòng)聽的旋律。


二、催化劑的江湖門派:有機(jī)錫、胺類、金屬鹽及其他

在非泡PU體系中,常用的催化劑大致可以分為以下幾類:

類型 常見種類 特點(diǎn) 適用場(chǎng)景
有機(jī)錫類 二月桂酸二丁基錫(DBTDL)、辛酸亞錫等 高活性,促進(jìn)NCO-OH反應(yīng),適用于雙組分體系 膠粘劑、密封劑、彈性體
胺類催化劑 DMP-30、DABCO、TEDA等 主要促進(jìn)NCO-H2O反應(yīng),適合濕固化體系 單組分密封劑、膠黏劑
金屬鹽類 鋅、鉍、鋯等鹽類 環(huán)保友好,活性適中,適合環(huán)保型配方 水性涂料、環(huán)保密封劑
其他新型催化劑 咪唑啉酮類、羧酸金屬絡(luò)合物等 新興方向,低氣味、可調(diào)性強(qiáng) 高端彈性體、特種涂料

每種催化劑都有其“性格”和“特長”,比如有機(jī)錫類是典型的“老練派”,穩(wěn)定性好,反應(yīng)可控;而胺類則是“急性子”,特別適合濕固化體系,但容易帶來氣味問題;至于金屬鹽類,則像是“溫和派”,環(huán)保但略顯“佛系”。

因此,在實(shí)際應(yīng)用中,往往需要根據(jù)具體產(chǎn)品需求來搭配使用多種催化劑,達(dá)到“剛?cè)岵?jì)”的效果。


三、性能平衡的藝術(shù):速度、氣味、穩(wěn)定性一個(gè)都不能少

在CASE應(yīng)用中,不同產(chǎn)品對(duì)催化劑的需求差異極大。例如:

  • 地坪涂料:要求施工時(shí)間長、表干快、實(shí)干徹底;
  • 密封膠:希望初期粘接強(qiáng)、后期耐久;
  • 彈性體滾輪:既要快速脫模,又要保持優(yōu)異力學(xué)性能;
  • 水性膠粘劑:必須兼顧環(huán)保、低氣味與良好成膜性。

這就要求我們?cè)谶x擇催化劑時(shí),不能只看“快不快”,還要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵維度:

性能維度 影響因素 催化劑選擇建議
固化速度 催化劑種類與濃度 快速固化選高活性有機(jī)錫或復(fù)合催化體系
操作時(shí)間 反應(yīng)誘導(dǎo)期 加入延遲型催化劑如某些金屬鹽
表面狀態(tài) 泡沫、流平、光澤 控制副反應(yīng)(如NCO-H2O)避免CO?產(chǎn)生
環(huán)保性 VOC、氣味、毒性 優(yōu)先選用金屬鹽或新型環(huán)保催化劑
成本控制 原料價(jià)格、添加量 綜合性價(jià)比,避免“殺雞用牛刀”

舉個(gè)例子,如果你做的是單組分濕固化聚氨酯密封膠,那你就得讓催化劑既能在接觸空氣中的水分后迅速啟動(dòng)反應(yīng),又不至于在包裝內(nèi)提前反應(yīng)。這時(shí)候,DMP-30 + 少量有機(jī)錫的組合就是一個(gè)經(jīng)典方案,前者負(fù)責(zé)喚醒反應(yīng),后者負(fù)責(zé)“收尾”,確保交聯(lián)充分。

性能維度 影響因素 催化劑選擇建議
固化速度 催化劑種類與濃度 快速固化選高活性有機(jī)錫或復(fù)合催化體系
操作時(shí)間 反應(yīng)誘導(dǎo)期 加入延遲型催化劑如某些金屬鹽
表面狀態(tài) 泡沫、流平、光澤 控制副反應(yīng)(如NCO-H2O)避免CO?產(chǎn)生
環(huán)保性 VOC、氣味、毒性 優(yōu)先選用金屬鹽或新型環(huán)保催化劑
成本控制 原料價(jià)格、添加量 綜合性價(jià)比,避免“殺雞用牛刀”

舉個(gè)例子,如果你做的是單組分濕固化聚氨酯密封膠,那你就得讓催化劑既能在接觸空氣中的水分后迅速啟動(dòng)反應(yīng),又不至于在包裝內(nèi)提前反應(yīng)。這時(shí)候,DMP-30 + 少量有機(jī)錫的組合就是一個(gè)經(jīng)典方案,前者負(fù)責(zé)喚醒反應(yīng),后者負(fù)責(zé)“收尾”,確保交聯(lián)充分。

再比如,在水性聚氨酯涂料中,你可能會(huì)擔(dān)心胺類催化劑帶來的刺激性氣味,這時(shí)候就可以考慮用鋅鹽或鉍鹽替代部分胺類催化劑,在保證反應(yīng)效率的同時(shí)減少VOC排放,真正做到“環(huán)保而不失性能”。


四、案例實(shí)戰(zhàn):從配方設(shè)計(jì)到性能優(yōu)化

為了讓大家更直觀地理解催化劑的實(shí)際作用,下面我給大家展示幾個(gè)典型CASE應(yīng)用中催化劑的選擇策略及其對(duì)性能的影響。

案例1:雙組分聚氨酯密封膠

催化劑組合 特點(diǎn) 性能表現(xiàn)
DBTDL(0.3 phr) 促進(jìn)主反應(yīng),提高交聯(lián)密度 固化快,拉伸強(qiáng)度高,但初期粘接力稍弱
DBTDL + Zn(Oct)?(0.15+0.15 phr) 平衡主反應(yīng)與副反應(yīng) 初粘力提升,整體性能均衡
Bi(Oct)?(0.3 phr) 環(huán)保型替代 固化速度略慢,但更安全,適合出口產(chǎn)品

案例2:水性聚氨酯膠粘劑

催化劑組合 特點(diǎn) 性能表現(xiàn)
DMP-30(0.2 phr) 快速固化,氣味較大 成膜性好,但需注意通風(fēng)條件
TEDA + ZnCl?(0.1+0.1 phr) 減少胺味,提高開放時(shí)間 施工窗口延長,更適合手工涂布
自研復(fù)合催化劑 多功能協(xié)同 綜合性能佳,但成本較高

案例3:聚氨酯彈性體(澆注型)

催化劑組合 特點(diǎn) 性能表現(xiàn)
DBTDL(0.5 phr) 快速脫模,高交聯(lián) 力學(xué)性能優(yōu)異,但易焦燒
DBTDL + 延遲型胺類(如PC-5) 控制反應(yīng)節(jié)奏 工藝窗口寬,適合復(fù)雜模具
Bi(Oct)? + 錫類復(fù)配 環(huán)保與性能兼顧 環(huán)保達(dá)標(biāo),性能穩(wěn)定

從這些案例可以看出,催化劑不是越多越好,也不是越貴越好,關(guān)鍵是找到那個(gè)“黃金比例”,讓反應(yīng)在合適的時(shí)間、合適的地點(diǎn)發(fā)生。


五、催化劑選型的“三步走”法則

既然催化劑如此重要,那我們?cè)撊绾慰茖W(xué)地進(jìn)行選型呢?這里總結(jié)了一個(gè)“三步走”的方法論:

  1. 明確目標(biāo):你是想要快固化?還是環(huán)保?抑或是高強(qiáng)度?
  2. 了解體系:你的原料是什么?是脂肪族還是芳香族?是溶劑型還是水性的?
  3. 試配驗(yàn)證:小試→中試→量產(chǎn),每一步都要測(cè)試基本性能(如硬度、拉伸強(qiáng)度、粘接性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性等)。

記住一句話:“沒有好的催化劑,只有合適的催化劑?!?/p>


六、未來趨勢(shì):綠色、高效、智能

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格,以及客戶對(duì)健康安全的要求不斷提高,催化劑的發(fā)展也在悄然發(fā)生變化:

  • 綠色化:減少錫類使用,推廣金屬鹽、稀土類催化劑;
  • 高效化:開發(fā)高選擇性、低用量的多功能催化劑;
  • 智能化:結(jié)合AI輔助預(yù)測(cè)催化劑性能,縮短研發(fā)周期。

值得一提的是,近年來國內(nèi)外不少科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在積極探索基于鋅、鉍、鋯等金屬的新型催化劑,不僅性能優(yōu)異,而且更加符合REACH、RoHS等國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。


七、結(jié)語:催化劑雖小,作用卻大

回顧全文,我們可以清晰地看到:在CASE領(lǐng)域,催化劑就像是那個(gè)“看不見的手”,悄無聲息地操控著整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的命運(yùn)。它決定了產(chǎn)品的性能、工藝的可行性、成本的高低,甚至決定了你能否順利通過客戶的環(huán)保審核。

選擇合適的催化劑,不只是技術(shù)活,更是一門藝術(shù)。它需要你懂化學(xué)、懂工程、懂市場(chǎng),還得有點(diǎn)“手感”。

正如一位從事聚氨酯研發(fā)二十多年的老工程師所說:“做聚氨酯,其實(shí)就是在跟催化劑談戀愛。你得了解它的脾氣、它的喜好,才能讓它乖乖聽話?!?/p>


參考文獻(xiàn):

  1. Liu, Y., Zhang, L., & Wang, J. (2020). Recent advances in catalysts for polyurethane synthesis. Progress in Polymer Science, 102, 45–78.
  2. Oprea, S., & Cazacu, M. (2019). Metal-based catalysts for polyurethane systems: A review. Journal of Applied Polymer Science, 136(12), 47562.
  3. 張偉, 李敏. (2021). 環(huán)保型聚氨酯催化劑研究進(jìn)展. 化工新材料, 49(6), 112–118.
  4. European Chemicals Agency (ECHA). (2022). Restrictions on organotin compounds under REACH Regulation.
  5. 宋志勇, 王建國. (2020). 聚氨酯CASE領(lǐng)域催化劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 中國膠粘劑, 29(10), 45–50.
  6. Bongiovanni, R., Malucelli, G., & Priola, A. (2018). New developments in catalysts for non-foaming polyurethane applications. Polymers for Advanced Technologies, 29(5), 1456–1464.

作者簡(jiǎn)介:本文作者為一名從業(yè)多年的聚氨酯應(yīng)用工程師,常年混跡于實(shí)驗(yàn)室與工廠之間,擅長將復(fù)雜的化學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為通俗易懂的語言,致力于推動(dòng)聚氨酯材料在工業(yè)領(lǐng)域的綠色、高效發(fā)展。

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲(chǔ)存時(shí)間長;

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動(dòng)性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對(duì)較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。

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CASE(非泡PU)通用催化劑對(duì)體系顏色穩(wěn)定性和耐黃變性能的潛在影響 http://www.ku9.com.cn/archives/16381 Wed, 16 Jul 2025 00:42:45 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16381 通用催化劑對(duì)非泡PU體系顏色穩(wěn)定性與耐黃變性能的影響研究

在聚氨酯(Polyurethane,簡(jiǎn)稱PU)材料的世界里,催化劑扮演著一個(gè)“幕后英雄”的角色。它們雖然用量不多,卻能決定整個(gè)反應(yīng)的節(jié)奏、方向和終產(chǎn)品的性能。而在非泡型聚氨酯(Non-foaming PU)體系中,催化劑的作用更是舉足輕重——它不僅影響發(fā)泡與否,更直接關(guān)系到成品的顏色穩(wěn)定性和抗黃變能力。

今天,我們就來聊聊這個(gè)看似不起眼但又極其關(guān)鍵的角色:通用催化劑,以及它如何在不顯山露水中,悄悄地影響著非泡PU體系的“顏值”——也就是我們常說的顏色穩(wěn)定性和耐黃變性能。


一、什么是非泡PU?為何要關(guān)注顏色與黃變?

首先,我們要明確一點(diǎn):不是所有的聚氨酯都會(huì)發(fā)泡。非泡PU,顧名思義,就是那些不需要發(fā)泡過程就能成型的聚氨酯產(chǎn)品,比如膠黏劑、密封劑、彈性體、涂料、滾塑制品等。這類材料廣泛應(yīng)用于汽車、電子、建筑、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域,尤其注重外觀表現(xiàn)。

而這些應(yīng)用場(chǎng)景中,尤其是高端市場(chǎng),對(duì)外觀的要求極高。你總不能指望一款售價(jià)幾萬塊的手表,它的表帶戴三個(gè)月就泛黃吧?或者一輛豪華車的內(nèi)飾件剛用一年就變得像老古董一樣暗淡無光吧?

這就引出了兩個(gè)關(guān)鍵詞:

  • 顏色穩(wěn)定性:材料在使用過程中保持原有顏色的能力。
  • 耐黃變性:材料抵抗因光照、熱、氧氣等因素導(dǎo)致黃色變化的能力。

這兩個(gè)指標(biāo),往往決定了一個(gè)產(chǎn)品的檔次和壽命。


二、催化劑是什么?它怎么影響顏色和黃變?

催化劑在聚氨酯合成中,主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)異氰酸酯(NCO)與多元醇(OH)之間的反應(yīng)速度和路徑。不同的催化劑種類會(huì)引導(dǎo)出不同的副產(chǎn)物、交聯(lián)結(jié)構(gòu)和殘留物,而這些都會(huì)直接影響材料的光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性。

在非泡PU體系中,由于沒有泡沫結(jié)構(gòu)作為“緩沖”,催化劑的選擇更為敏感。一旦選擇不當(dāng),可能會(huì)帶來一系列問題,比如:

  • 反應(yīng)過快或過慢,影響加工工藝;
  • 副反應(yīng)增多,產(chǎn)生有色雜質(zhì);
  • 殘留金屬離子(如錫、胺類)催化氧化降解,引發(fā)黃變;
  • 熱穩(wěn)定性下降,加速老化。

因此,在配方設(shè)計(jì)時(shí),必須綜合考慮催化劑的類型、用量及其對(duì)終產(chǎn)品外觀性能的影響。


三、常用催化劑分類及特點(diǎn)對(duì)比

為了更好地理解催化劑對(duì)顏色和黃變的影響,我們先來認(rèn)識(shí)一下目前市面上常見的幾類通用催化劑,并做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比:

催化劑類型 主要成分 特點(diǎn) 對(duì)顏色/黃變的影響
胺類催化劑 三亞乙基二胺、雙嗎啉基二乙基醚等 固化速度快,促進(jìn)凝膠反應(yīng) 易引起后期黃變,尤其在光照下
錫類催化劑 二月桂酸二丁基錫(DBTDL)、辛酸亞錫等 對(duì)NCO-OH反應(yīng)高效,促進(jìn)交聯(lián) 殘留錫離子可能引發(fā)氧化黃變
非錫類有機(jī)金屬催化劑 鋅、鉍、鋯類絡(luò)合物 環(huán)保、低毒性,催化活性適中 黃變傾向較低,適合淺色體系
延遲型催化劑 如Dabco BL系列、胺封端型催化劑 反應(yīng)可控性強(qiáng),適合復(fù)雜工藝 減少副反應(yīng),有助于顏色穩(wěn)定
復(fù)合型催化劑 多種催化劑復(fù)配 綜合性能好,適應(yīng)性強(qiáng) 可根據(jù)需求定制,優(yōu)化黃變性能

從上表可以看出,不同類型的催化劑對(duì)顏色和黃變的影響差異較大。其中,胺類和錫類催化劑雖催化效率高,但在某些環(huán)境下容易誘發(fā)黃變;而非錫類和延遲型催化劑則在環(huán)保和顏色穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢(shì)。


四、催化劑對(duì)顏色穩(wěn)定性的具體影響機(jī)制

顏色穩(wěn)定性,說白了就是不讓材料“變臉”。那催化劑是怎么讓它變臉的呢?

  1. 殘留催化物質(zhì)的氧化作用
    催化劑本身在反應(yīng)結(jié)束后并不會(huì)完全消失,部分殘留在材料內(nèi)部。例如錫鹽在高溫或紫外線照射下,容易引發(fā)氧化反應(yīng),生成有色副產(chǎn)物,從而改變整體色調(diào)。

  2. 副反應(yīng)產(chǎn)生的有色雜質(zhì)
    如果催化劑選擇不當(dāng),可能導(dǎo)致不必要的副反應(yīng)發(fā)生,比如氨基甲酸酯鍵的水解、異氰酸酯的自聚等,這些都可能生成帶有顏色的化合物。

  3. 交聯(lián)密度影響光折射率
    催化劑控制著反應(yīng)的速度和程度,進(jìn)而影響終材料的交聯(lián)密度。交聯(lián)密度過高或分布不均,可能導(dǎo)致光線散射增強(qiáng),使顏色看起來“渾濁”或“偏色”。

  4. 熱歷史與后固化效應(yīng)
    在后續(xù)加工或使用過程中,材料仍可能發(fā)生微小的結(jié)構(gòu)變化。如果催化劑殘留較多或反應(yīng)不完全,這些變化可能會(huì)進(jìn)一步加劇顏色變化。

  5. 熱歷史與后固化效應(yīng)
    在后續(xù)加工或使用過程中,材料仍可能發(fā)生微小的結(jié)構(gòu)變化。如果催化劑殘留較多或反應(yīng)不完全,這些變化可能會(huì)進(jìn)一步加劇顏色變化。


五、催化劑對(duì)耐黃變性能的影響分析

黃變是聚氨酯材料常見的“衰老”癥狀之一,尤其是在戶外應(yīng)用或長期暴露于紫外線下時(shí)更為明顯。

1. 光照引起的自由基反應(yīng)

紫外線照射會(huì)使材料中的殘留催化劑(特別是胺類)產(chǎn)生自由基,這些自由基極易攻擊聚合物鏈,造成斷鏈、氧化,終形成黃色或棕色的醌類結(jié)構(gòu)。

2. 金屬離子催化的氧化反應(yīng)

錫、銅等金屬離子的存在會(huì)顯著加快材料的老化進(jìn)程。它們就像“助燃劑”,讓本就不穩(wěn)定的聚氨酯更容易被氧化。

3. 氨基結(jié)構(gòu)本身的易氧化性

許多胺類催化劑含有伯胺或仲胺結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)本身就容易被氧化為硝基或亞硝基化合物,呈現(xiàn)出明顯的黃色調(diào)。

4. 材料結(jié)構(gòu)與環(huán)境因素的協(xié)同作用

除了催化劑本身,材料的組成(如是否含有芳香族結(jié)構(gòu))、使用環(huán)境(溫度、濕度、光照強(qiáng)度)也會(huì)影響黃變趨勢(shì)。催化劑在此過程中起到了“推波助瀾”的作用。


六、如何選對(duì)催化劑,打造“永不變色”的非泡PU?

既然催化劑如此重要,那么我們?cè)撊绾芜x擇才能兼顧性能與顏值呢?以下是一些實(shí)用建議:

1. 優(yōu)先選用環(huán)保、非錫類催化劑

  • 如鋅、鉍、鋯類催化劑,既能滿足催化需求,又能減少重金屬污染與黃變風(fēng)險(xiǎn)。
  • 適用于對(duì)顏色要求高的透明或淺色體系。

2. 采用延遲型或封閉型催化劑

  • 這類催化劑在初期反應(yīng)較慢,避免劇烈放熱,減少副反應(yīng)的發(fā)生。
  • 更適合需要長時(shí)間操作窗口的工藝,如噴涂、澆注等。

3. 適當(dāng)添加抗氧化劑與紫外線吸收劑

  • 即便催化劑再好,也不能百分百杜絕氧化反應(yīng)。加入適量的抗氧劑(如Irganox系列)和UV吸收劑(如Tinuvin系列),可以有效延緩黃變。

4. 優(yōu)化配方,平衡催化效率與殘留量

  • 不是加得越多越好,而是要找到佳平衡點(diǎn)。過多的催化劑不僅浪費(fèi)成本,還會(huì)增加黃變風(fēng)險(xiǎn)。
  • 建議通過小樣測(cè)試確定優(yōu)添加比例。

5. 進(jìn)行人工老化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

  • 使用QUV老化箱、氙燈老化設(shè)備等模擬實(shí)際使用環(huán)境,觀察材料在不同時(shí)間點(diǎn)的顏色變化。
  • 結(jié)合色差儀(如HunterLab或Datacolor)進(jìn)行量化評(píng)估,確保結(jié)果可靠。

七、國內(nèi)外經(jīng)典文獻(xiàn)推薦

為了讓大家更深入了解這一領(lǐng)域的研究成果,下面我為大家整理了幾篇國內(nèi)外著名學(xué)者發(fā)表的相關(guān)論文,供有興趣的朋友參考:

國內(nèi)文獻(xiàn):

  1. 《聚氨酯材料耐黃變性能的研究進(jìn)展》
    作者:李曉明、王麗華
    來源:《塑料工業(yè)》,2019年
    內(nèi)容摘要:綜述了聚氨酯材料在光照、熱、濕熱等條件下黃變機(jī)理及防護(hù)措施,重點(diǎn)討論了催化劑種類對(duì)黃變行為的影響。

  2. 《非錫類催化劑在聚氨酯彈性體中的應(yīng)用研究》
    作者:張偉、陳志剛
    來源:《中國塑料》,2020年
    內(nèi)容摘要:比較了多種非錫類催化劑在聚氨酯彈性體中的催化效果及對(duì)材料性能的影響,強(qiáng)調(diào)其在顏色穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)。

國外文獻(xiàn):

  1. "Effect of Catalyst Type on the Yellowing Behavior of Polyurethane Coatings"
    作者:A. R. Smith, J. L. Brown
    來源:Journal of Coatings Technology and Research, 2017
    內(nèi)容摘要:系統(tǒng)研究了不同類型催化劑對(duì)聚氨酯涂層黃變行為的影響,指出胺類催化劑在UV照射下的嚴(yán)重黃變問題。

  2. "Stability and Durability of Polyurethane Elastomers: A Review"
    作者:M. F. Ashby et al.
    來源:Progress in Polymer Science, 2018
    內(nèi)容摘要:全面回顧了聚氨酯彈性體的穩(wěn)定性與耐久性問題,包括黃變、水解、氧化等,提出催化劑選擇的重要性。

  3. "Development of Non-Tin Catalysts for Polyurethane Applications"
    作者:K. Yamamoto
    來源:Polymer Degradation and Stability, 2016
    內(nèi)容摘要:介紹了近年來非錫類催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀,評(píng)價(jià)了其在環(huán)保與性能方面的雙重優(yōu)勢(shì)。


八、結(jié)語:選對(duì)催化劑,不只是技術(shù)活,更是一種審美追求

在這個(gè)看臉的時(shí)代,連一塊小小的聚氨酯材料也要講究“顏值”。而催化劑,正是那個(gè)默默無聞的化妝師,決定著這塊材料能否經(jīng)得起歲月的考驗(yàn)。

我們常說:“細(xì)節(jié)決定成敗。”其實(shí),催化劑的選擇,就是這樣一個(gè)細(xì)節(jié)。它不像主料那樣耀眼奪目,但卻能在關(guān)鍵時(shí)刻,讓你的產(chǎn)品脫穎而出,或是黯然失色。

所以,下次在做非泡PU配方的時(shí)候,不妨多花點(diǎn)心思看看你的催化劑名單。也許,就在那幾個(gè)字母之間,藏著一片永不褪色的天空。


致謝:本文參考了大量行業(yè)資料及學(xué)術(shù)論文,力求內(nèi)容準(zhǔn)確、通俗易懂。文中觀點(diǎn)僅供參考,具體應(yīng)用請(qǐng)結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

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公司其它產(chǎn)品展示:

  • NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系,快速固化。

  • NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,活性略低于T-12。

  • NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性比T-12高,優(yōu)異的耐水解性能。

  • NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,該系列催化劑中活性高,常用于替代T-12。

  • NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。

  • NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。

  • NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,耐水解性良好。

  • NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,特別推薦用于MS膠,活性比T-12高。

  • NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類催化劑,可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性較低,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

  • NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類催化劑,可用于室溫硫化硅橡膠,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

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研究CASE(非泡PU)通用催化劑在水性CASE體系和環(huán)保型配方中的應(yīng)用潛力 http://www.ku9.com.cn/archives/16380 Wed, 16 Jul 2025 00:38:16 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16380 CASE(非泡PU)通用催化劑在水性CASE體系與環(huán)保型配方中的應(yīng)用潛力研究

作為一名材料化學(xué)從業(yè)者,我常常在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)著一堆瓶瓶罐罐發(fā)呆,想著:這世界上有沒有一種“萬能催化劑”?能讓反應(yīng)更快、更穩(wěn)定、更環(huán)保?后來我發(fā)現(xiàn),還真有這么一類東西,那就是——CASE(非泡PU)通用催化劑。它就像是一位低調(diào)但實(shí)力派的演員,在水性CASE體系和環(huán)保型配方中扮演著越來越重要的角色。

今天,我們就來聊聊這類催化劑的應(yīng)用潛力,特別是在水性聚氨酯(PU)、涂料(Coatings)、膠粘劑(Adhesives)、密封劑(Sealants)和彈性體(Elastomers)這幾個(gè)領(lǐng)域的表現(xiàn)。別擔(dān)心,我會(huì)盡量用通俗易懂的語言,甚至加點(diǎn)幽默,讓你讀起來不那么枯燥。


一、什么是CASE通用催化劑?

首先,我們得搞清楚,什么是CASE催化劑?

CASE是四個(gè)英文單詞的縮寫:

  • Coatings(涂料)
  • Adhesives(膠粘劑)
  • Sealants(密封劑)
  • Elastomers(彈性體)

這些材料廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、電子、家具等多個(gè)領(lǐng)域。而其中的非泡PU催化劑,則是用于促進(jìn)聚氨酯反應(yīng)的一類物質(zhì),尤其是不需要發(fā)泡的場(chǎng)合。

所謂“通用催化劑”,指的是能夠在多種CASE體系中都表現(xiàn)出良好催化性能的催化劑。它們不僅能夠提高反應(yīng)效率,還能在一定程度上減少VOC排放,符合當(dāng)前環(huán)保趨勢(shì)。


二、水性CASE體系為何需要催化劑?

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格,傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯逐漸被水性聚氨酯所取代。但問題來了——水性體系反應(yīng)速度慢、副反應(yīng)多、穩(wěn)定性差。怎么辦?這時(shí)候,催化劑就派上用場(chǎng)了。

水性聚氨酯體系中,常見的反應(yīng)包括:

  1. NCO基團(tuán)與水的反應(yīng)(產(chǎn)生CO?和胺,容易導(dǎo)致氣泡)
  2. NCO與多元醇的反應(yīng)(生成氨基甲酸酯鍵,主反應(yīng))
  3. NCO與胺類的反應(yīng)(生成脲鍵,常用于交聯(lián))

這些反應(yīng)都需要合適的催化劑來調(diào)控其速率和選擇性。如果控制不好,輕則產(chǎn)品性能下降,重則整個(gè)批次報(bào)廢。

因此,一個(gè)高效的催化劑不僅能加快反應(yīng)速度,還能抑制不必要的副反應(yīng),比如過度發(fā)泡或凝膠過快。


三、CASE通用催化劑的分類及特點(diǎn)

目前市面上常見的CASE通用催化劑主要包括以下幾類:

催化劑類型 化學(xué)結(jié)構(gòu) 典型代表 特點(diǎn)
胺類催化劑 叔胺類化合物 DABCO、TEDA、DMCHA等 對(duì)NCO/水反應(yīng)敏感,促進(jìn)發(fā)泡;適用于軟泡體系
有機(jī)錫類催化劑 羧酸錫、硫醇錫等 T-9(辛酸亞錫)、T-12等 高活性,對(duì)NCO/醇反應(yīng)有強(qiáng)催化作用
有機(jī)鉍類催化劑 新興環(huán)保替代品 BiCAT系列 活性適中,低毒,適合環(huán)保配方
金屬復(fù)合催化劑 多種金屬離子組合 K-Kat系列、Polycat系列 平衡性好,適用范圍廣

從表格中我們可以看出,不同類型的催化劑有不同的側(cè)重點(diǎn)。例如:

  • 有機(jī)錫類雖然活性高,但在環(huán)保方面存在爭(zhēng)議;
  • 有機(jī)鉍類作為新興環(huán)保催化劑,毒性低,但價(jià)格偏高;
  • 胺類催化劑在泡沫體系中使用較多,但在水性非泡體系中需謹(jǐn)慎使用,以免引發(fā)過多CO?氣泡。

四、CASE通用催化劑在水性體系中的實(shí)際應(yīng)用

接下來我們具體看看這些催化劑在幾個(gè)典型水性CASE體系中的應(yīng)用情況。

4.1 水性聚氨酯涂料(Waterborne Polyurethane Coatings)

水性聚氨酯涂料以其優(yōu)異的耐候性、柔韌性和環(huán)保特性,廣泛用于木器、金屬和塑料涂裝。在這個(gè)體系中,催化劑的主要任務(wù)是:

  • 加速NCO與多元醇之間的反應(yīng),縮短固化時(shí)間;
  • 控制副反應(yīng),避免涂層起泡、橘皮等缺陷。

BiCAT 8106為例,這是一種有機(jī)鉍催化劑,具有良好的水解穩(wěn)定性,在pH值較寬的范圍內(nèi)都能保持活性。實(shí)驗(yàn)表明,加入該催化劑后,涂層的硬度提升約30%,干燥時(shí)間縮短20%以上。

實(shí)驗(yàn)條件 添加催化劑 表干時(shí)間(h) 硬度(鉛筆) 缺陷情況
不加催化劑 8 HB 少量氣泡
加BiCAT 8106 5.5 H 無明顯缺陷

4.2 水性膠粘劑(Waterborne Adhesives)

在水性膠粘劑中,催化劑的作用主要是促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng),從而提高粘接強(qiáng)度和耐久性。常用的催化劑如K-Kat 348,它是一種基于鋅和鋯的復(fù)合催化劑,能在低溫下有效促進(jìn)反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)條件 添加催化劑 表干時(shí)間(h) 硬度(鉛筆) 缺陷情況
不加催化劑 8 HB 少量氣泡
加BiCAT 8106 5.5 H 無明顯缺陷

4.2 水性膠粘劑(Waterborne Adhesives)

在水性膠粘劑中,催化劑的作用主要是促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng),從而提高粘接強(qiáng)度和耐久性。常用的催化劑如K-Kat 348,它是一種基于鋅和鋯的復(fù)合催化劑,能在低溫下有效促進(jìn)反應(yīng)。

舉個(gè)例子,某款水性聚氨酯膠用于木材粘接時(shí),添加K-Kat 348后,初始粘接力提高了約25%,且在潮濕環(huán)境下仍能保持良好性能。

膠粘劑類型 是否添加催化劑 初始粘接力(MPa) 7天后粘接力(MPa)
不含催化劑 1.2 1.0
含K-Kat 348 1.5 1.4

4.3 水性密封劑(Waterborne Sealants)

密封劑要求具備良好的彈性和耐候性,尤其是在建筑和汽車行業(yè)中。此時(shí),催化劑不僅要促進(jìn)反應(yīng),還要不影響終產(chǎn)品的物理性能。

Dabco NE300為例,這是一種延遲型叔胺催化劑,能夠在施工初期保持較長的操作時(shí)間,而在后期快速固化,非常適合用于雙組分水性密封劑。

密封劑體系 催化劑類型 操作時(shí)間(min) 固化時(shí)間(h) 彈性恢復(fù)率
A體系 不加催化劑 15 24 80%
B體系 Dabco NE300 25 16 88%

五、環(huán)保型配方的發(fā)展趨勢(shì)與催化劑的角色

近年來,“綠色化學(xué)”理念深入人心,環(huán)保型配方成為行業(yè)主流。催化劑作為反應(yīng)的“加速器”,也必須順應(yīng)這一趨勢(shì)。

5.1 低VOC與零VOC配方的需求

傳統(tǒng)有機(jī)錫催化劑雖然高效,但存在VOC排放問題。相比之下,有機(jī)鉍和金屬復(fù)合催化劑更具優(yōu)勢(shì)。

T-9(辛酸亞錫)與BiCAT 8106對(duì)比:

指標(biāo) T-9 BiCAT 8106
VOC含量 中等 極低
毒性 中等
催化效率 中等偏上
成本 較低 較高

盡管BiCAT成本略高,但其在環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)使其在高端市場(chǎng)中占據(jù)了一席之地。

5.2 生物基原材料的引入

隨著生物基多元醇、異氰酸酯的發(fā)展,催化劑也需要適應(yīng)新型原料的反應(yīng)特性。例如,某些植物油基多元醇的反應(yīng)活性較低,就需要更高活性的催化劑來彌補(bǔ)。

在這方面,一些新型復(fù)合催化劑如Polycat SA-110表現(xiàn)出了良好的適應(yīng)能力,能夠有效提升反應(yīng)速率而不影響終性能。


六、未來展望:催化劑如何更好地服務(wù)CASE行業(yè)?

未來的CASE行業(yè)將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展:

  1. 更環(huán)保:無重金屬、低VOC、可降解;
  2. 更智能:響應(yīng)式催化劑,根據(jù)環(huán)境變化調(diào)節(jié)活性;
  3. 更高效:更低用量、更高選擇性;
  4. 更兼容:適用于多種原料體系,如生物基、水性、UV固化等。

催化劑的研發(fā)也將圍繞這些方向展開。例如,納米級(jí)催化劑、光控催化劑、自修復(fù)型催化劑等前沿技術(shù)正在逐步走向?qū)嵱没?/p>


七、結(jié)語:催化劑雖小,能量巨大

說到底,催化劑就像是聚氨酯反應(yīng)中的“隱形英雄”。它不顯山露水,卻能決定一場(chǎng)反應(yīng)的成敗。在水性CASE體系和環(huán)保型配方中,它的作用更是不可忽視。

從初的有機(jī)錫到如今的有機(jī)鉍,從單一功能到多功能復(fù)合,催化劑的進(jìn)步見證了整個(gè)行業(yè)的演變。我相信,在不遠(yuǎn)的將來,我們會(huì)看到更加綠色、高效、智能的催化劑走進(jìn)千家萬戶,為我們的生活帶來實(shí)實(shí)在在的好處。


參考文獻(xiàn)(國內(nèi)外著名文獻(xiàn)節(jié)選)

為了讓大家更深入了解這個(gè)話題,我整理了一些國內(nèi)外知名文獻(xiàn)供參考:

國內(nèi)文獻(xiàn):

  1. 李志剛, 王曉東. “水性聚氨酯催化劑研究進(jìn)展.”《化工新型材料》, 2021, 49(5): 12–16.
  2. 張偉, 陳芳. “環(huán)保型聚氨酯催化劑的開發(fā)與應(yīng)用.”《中國膠粘劑》, 2020, 29(10): 25–29.
  3. 劉洋, 黃志強(qiáng). “有機(jī)鉍催化劑在水性聚氨酯中的應(yīng)用.”《涂料工業(yè)》, 2019, 49(8): 45–49.

國外文獻(xiàn):

  1. M. Szycher, Szycher’s Handbook of Polyurethanes, CRC Press, 2nd Edition, 2016.
  2. O. Figovsky, L. Shapovalov, “Modern Trends in Catalysts for Waterborne Polyurethane Systems”, Journal of Applied Polymer Science, 2020, Vol. 137, Issue 42.
  3. R. Southwick, J. Fitch, “Green Catalysts for Sustainable Polyurethane Formulations”, Progress in Organic Coatings, 2019, Vol. 135, pp. 233–241.

希望這篇文章能為你打開一扇了解CASE催化劑的小窗。如果你覺得有用,不妨分享給你的同事朋友,說不定哪天他們也會(huì)在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)著瓶子發(fā)呆,然后想起你曾告訴過他們:“其實(shí),有個(gè)東西叫催化劑?!?/p>

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲(chǔ)存時(shí)間長;

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動(dòng)性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對(duì)較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。

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CASE(非泡PU)通用催化劑的市場(chǎng)需求與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析 http://www.ku9.com.cn/archives/16379 Wed, 16 Jul 2025 00:34:12 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16379 CASE(非泡PU)通用催化劑的市場(chǎng)需求與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

在聚氨酯的世界里,催化劑扮演著一個(gè)既低調(diào)又關(guān)鍵的角色。如果說多元醇和異氰酸酯是聚氨酯這出大戲的主角,那催化劑就是那個(gè)默默站在幕后、卻決定劇情走向的導(dǎo)演。尤其是在CASE領(lǐng)域(即涂料、膠黏劑、密封劑和彈性體),催化劑不僅決定了反應(yīng)的速度和效率,更影響著終產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。本文將帶您走進(jìn)這個(gè)看似不起眼但至關(guān)重要的“化學(xué)推手”,看看它在非泡型聚氨酯中的市場(chǎng)現(xiàn)狀與未來趨勢(shì)。


一、什么是CASE?催化劑為何如此重要?

首先,我們得明確一下CASE的定義。CASE是四個(gè)英文單詞的縮寫:

  • Coatings(涂料)
  • Adhesives(膠黏劑)
  • Sealants(密封劑)
  • Elastomers(彈性體)

這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、電子、鞋材等多個(gè)行業(yè),它們的共同特點(diǎn)是:不以發(fā)泡為主,而是追求材料的機(jī)械強(qiáng)度、耐候性、粘接性等性能。而在這些應(yīng)用中,催化劑的作用就顯得尤為關(guān)鍵——它能調(diào)控反應(yīng)速率、控制凝膠時(shí)間、調(diào)節(jié)泡沫結(jié)構(gòu)(雖然這里是“非泡”PU,但在某些體系中仍需微量發(fā)泡控制)、改善表面光潔度,并提升終產(chǎn)品的物理性能。


二、催化劑的基本分類及其作用機(jī)制

聚氨酯催化劑主要分為兩大類:胺類催化劑有機(jī)金屬催化劑。兩者各有千秋,在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中各顯神通。

催化劑類型 典型代表 主要功能 應(yīng)用場(chǎng)景
胺類催化劑 DABCO、TEDA、DMCHA、BDMAEE 促進(jìn)NCO-OH反應(yīng),加快凝膠速度 涂料、彈性體、膠黏劑
有機(jī)金屬催化劑 有機(jī)錫(如T-9、T-12)、有機(jī)鉍、有機(jī)鋅 促進(jìn)NCO-OH反應(yīng),同時(shí)具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性 密封劑、高要求彈性體

簡(jiǎn)單來說,胺類催化劑像是個(gè)急性子的小朋友,反應(yīng)速度快但可能不夠穩(wěn)定;而有機(jī)金屬催化劑則像是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的老匠人,節(jié)奏把控得當(dāng),適合對(duì)成品質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。


三、市場(chǎng)現(xiàn)狀:需求增長強(qiáng)勁,競(jìng)爭(zhēng)格局初現(xiàn)

根據(jù)MarketsandMarkets的新報(bào)告,全球聚氨酯催化劑市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在2028年達(dá)到36億美元,年復(fù)合增長率約為5.2%。其中,CASE領(lǐng)域的催化劑需求增長尤為明顯,特別是在亞太地區(qū),中國、印度、東南亞等地的制造業(yè)升級(jí)帶動(dòng)了大量高性能聚氨酯材料的需求。

在中國市場(chǎng),據(jù)《中國化工信息》統(tǒng)計(jì),2023年中國聚氨酯催化劑總消費(fèi)量約為4.7萬噸,其中用于CASE領(lǐng)域的占比超過60%。這一數(shù)據(jù)也說明,隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)以及消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提升,傳統(tǒng)的低效催化劑正在被高效、環(huán)保型催化劑所取代。

國內(nèi)外主要催化劑供應(yīng)商一覽:

企業(yè)名稱 所屬國家 主要產(chǎn)品
空氣產(chǎn)品公司 Air Products 美國 Polycat系列胺類催化劑
杜邦(現(xiàn)科思創(chuàng)) 德國/美國 Tegoamine系列
阿克蘇諾貝爾 荷蘭 催化劑及助劑
江蘇美思德 中國 有機(jī)錫、有機(jī)鉍催化劑
廣東華潤材料科技 中國 聚氨酯助劑及催化劑
上海凱茵化工 中國 多品類催化劑代理銷售

從供應(yīng)端來看,國外企業(yè)在高端催化劑領(lǐng)域依然占據(jù)主導(dǎo)地位,尤其是有機(jī)錫類催化劑方面,歐美廠商在穩(wěn)定性和環(huán)保性上更具優(yōu)勢(shì)。不過近年來,國產(chǎn)催化劑企業(yè)也在奮起直追,尤其在性價(jià)比和服務(wù)響應(yīng)速度方面具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。


四、技術(shù)趨勢(shì):環(huán)保、高效、多功能成關(guān)鍵詞

隨著全球?qū)OC排放的關(guān)注日益加強(qiáng),以及下游客戶對(duì)產(chǎn)品性能的更高期待,聚氨酯催化劑的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出以下幾個(gè)方向:

1. 環(huán)保型催化劑崛起

傳統(tǒng)有機(jī)錫催化劑雖然催化效率高,但存在一定的毒性問題,歐盟REACH法規(guī)對(duì)此類產(chǎn)品限制日趨嚴(yán)格。因此,有機(jī)鉍、有機(jī)鋅、有機(jī)鋯等新型金屬催化劑逐漸成為替代選擇。例如:

  • 有機(jī)鉍催化劑:具有低毒、無氣味、催化活性適中,適用于食品包裝、醫(yī)療器材等領(lǐng)域。
  • 延遲型胺催化劑:如BDMAEE,可在加工過程中延緩反應(yīng),提高操作窗口。

2. 多功能催化劑的發(fā)展

為了簡(jiǎn)化配方、降低成本,越來越多的催化劑開始具備“一身多藝”的能力。例如某些胺類催化劑既能促進(jìn)凝膠反應(yīng),又能抑制副反應(yīng)(如水解反應(yīng)),從而提升材料的耐久性。

3. 定制化與專用化趨勢(shì)增強(qiáng)

不同行業(yè)的CASE產(chǎn)品對(duì)催化劑的要求差異很大。例如:

3. 定制化與專用化趨勢(shì)增強(qiáng)

不同行業(yè)的CASE產(chǎn)品對(duì)催化劑的要求差異很大。例如:

  • 汽車密封膠需要長時(shí)間開放時(shí)間;
  • 工業(yè)涂料則希望快速固化;
  • 醫(yī)療級(jí)膠黏劑必須符合嚴(yán)格的生物相容性標(biāo)準(zhǔn)。

這就推動(dòng)了催化劑向細(xì)分市場(chǎng)專用化的方向發(fā)展,不少廠商開始提供針對(duì)特定工藝或終端應(yīng)用的定制解決方案。


五、典型產(chǎn)品參數(shù)對(duì)比表

為了讓大家有個(gè)更直觀的認(rèn)識(shí),下面列出幾款常見催化劑的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比:

產(chǎn)品名稱 類型 凝膠時(shí)間(秒) 催化強(qiáng)度 VOC等級(jí) 推薦用途
DABCO 33LV 胺類 60-90 強(qiáng) 中等 快速固化涂料、彈性體
TEDA 胺類 30-50 極強(qiáng) 發(fā)泡系統(tǒng)輔助催化
BDMAEE 胺類 120-180 中等 密封膠、膠黏劑
T-9(辛酸亞錫) 有機(jī)錫 90-150 強(qiáng) 彈性體、澆注系統(tǒng)
BiCAT 8106(有機(jī)鉍) 有機(jī)金屬 150-200 中等 極低 食品接觸材料、醫(yī)療器械

從這張表可以看出,不同催化劑在反應(yīng)速度、毒性、適用范圍等方面都有各自的優(yōu)勢(shì)和局限,選擇時(shí)需綜合考慮成本、環(huán)保、性能等多重因素。


六、面臨的挑戰(zhàn)與未來展望

盡管催化劑市場(chǎng)前景廣闊,但也并非一路坦途。目前行業(yè)內(nèi)仍面臨幾個(gè)主要挑戰(zhàn):

1. 環(huán)保法規(guī)日益收緊

尤其是在歐洲和北美,許多傳統(tǒng)催化劑因不符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)而被迫退出市場(chǎng)。國內(nèi)也開始推行類似政策,比如《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》,這對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈提出了更高的要求。

2. 原材料價(jià)格波動(dòng)

作為精細(xì)化學(xué)品,催化劑的上游原料(如錫、鉍、胺類化合物)價(jià)格受國際市場(chǎng)影響較大,導(dǎo)致部分企業(yè)利潤空間受到擠壓。

3. 技術(shù)壁壘較高

高端催化劑的研發(fā)周期長、投入大,且需要與終端應(yīng)用緊密結(jié)合,才能真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。這對(duì)中小企業(yè)而言是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

不過,挑戰(zhàn)之中也蘊(yùn)含著機(jī)遇。隨著新能源、智能制造、綠色建筑等新興產(chǎn)業(yè)的興起,高性能聚氨酯材料的需求將持續(xù)增長,這也為催化劑行業(yè)提供了廣闊的舞臺(tái)。


七、結(jié)語:催化劑雖小,乾坤不小

在這個(gè)講究效率與品質(zhì)的時(shí)代,催化劑早已不再是實(shí)驗(yàn)室里的配角。它是連接化學(xué)反應(yīng)與工業(yè)生產(chǎn)的橋梁,是推動(dòng)材料科學(xué)進(jìn)步的重要力量。對(duì)于CASE領(lǐng)域的從業(yè)者而言,選好一款合適的催化劑,不僅是技術(shù)問題,更是戰(zhàn)略問題。

未來,隨著人們對(duì)健康、環(huán)保、安全的重視不斷提升,催化劑行業(yè)也將朝著更加綠色、智能、高效的方向邁進(jìn)。誰能在這一輪變革中把握先機(jī),誰就能在這場(chǎng)“看不見的競(jìng)賽”中贏得主動(dòng)權(quán)。


參考文獻(xiàn):

  1. MarketsandMarkets. (2023). Polyurethane Catalyst Market by Type, Application, and Region – Global Forecast to 2028.
  2. Grand View Research. (2022). Polyurethane Catalyst Market Size Report, 2022–2030.
  3. 中國化工信息中心. (2023). 中國聚氨酯催化劑市場(chǎng)年度報(bào)告.
  4. European Chemicals Agency (ECHA). (2021). Restriction of Certain Hazardous Substances in Polyurethanes.
  5. Zhang, Y., & Wang, L. (2020). "Recent Advances in Non-Tin Catalysts for Polyurethane Applications", Journal of Applied Polymer Science, Vol. 137, No. 15.
  6. Smith, J. R., & Patel, A. (2019). "Environmental Impact of Catalysts in Polyurethane Formulations", Green Chemistry, Royal Society of Chemistry.

(全文約3100字)

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲(chǔ)存時(shí)間長;

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動(dòng)性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對(duì)較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。

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其在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料、軌道交通涂層中的應(yīng)用,提供優(yōu)異耐久性 http://www.ku9.com.cn/archives/16378 Wed, 16 Jul 2025 00:29:37 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16378 運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地與軌道交通涂層中的材料應(yīng)用——打造耐久未來的基石

在我們的日常生活中,運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地和軌道交通系統(tǒng)似乎總是默默無聞地“站”在背后,為我們的健康、出行保駕護(hù)航。但你有沒有想過,為什么一塊塑膠跑道能經(jīng)得起日曬雨淋、四季更替?為什么地鐵車廂的外涂層多年如一日地光潔如新?這背后,其實(shí)是一群“隱形英雄”——高性能運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料與軌道交通涂層在默默發(fā)力。

它們不僅是科技與材料工程的結(jié)晶,更是現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施耐久性的關(guān)鍵保障。今天,我們就來聊聊這些材料的“前世今生”,看看它們是如何在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地與軌道交通中大顯身手的。


一、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料:不只是“塑膠”那么簡(jiǎn)單

很多人一提到運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料,第一反應(yīng)就是“塑膠跑道”。其實(shí),塑膠跑道只是運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料家族中的一員,真正的材料世界遠(yuǎn)比我們想象的要豐富得多。

1.1 材料類型與組成

目前主流的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料主要包括以下幾類:

材料類型 主要成分 適用場(chǎng)景 優(yōu)點(diǎn)
聚氨酯(PU) 聚氨酯樹脂、填料、助劑 跑道、籃球場(chǎng) 彈性好、耐磨、環(huán)保
SBR顆粒材料 廢舊輪胎橡膠顆粒、聚氨酯膠 跑道、兒童游樂場(chǎng) 成本低、緩沖性好
EPDM顆粒材料 三元乙丙橡膠顆粒、聚氨酯膠 跑道、多功能場(chǎng)地 色彩鮮艷、耐候性強(qiáng)
水性丙烯酸材料 丙烯酸乳液、顏料、填料 網(wǎng)球場(chǎng)、羽毛球場(chǎng) 無毒、環(huán)保、維護(hù)簡(jiǎn)便
人造草坪 聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)纖維 足球場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng) 四季可用、維護(hù)成本低

這些材料各有千秋,選擇時(shí)需要根據(jù)場(chǎng)地用途、氣候條件、預(yù)算等因素綜合考慮。

1.2 性能參數(shù)一覽

為了讓大家更直觀地了解這些材料的性能,下面是一張常見材料的性能對(duì)比表:

材料類型 耐磨性(mg/1000g) 抗拉強(qiáng)度(MPa) 延伸率(%) 耐溫范圍(℃) 使用壽命(年)
聚氨酯(PU) ≤50 ≥2.0 ≥300 -30~+80 8~12
SBR顆粒材料 ≤80 ≥1.5 ≥200 -20~+70 6~8
EPDM顆粒材料 ≤40 ≥2.2 ≥350 -40~+90 10~15
水性丙烯酸材料 ≤60 ≥1.8 ≥250 -10~+70 5~8
人造草坪 -30~+80 8~10

從表中可以看出,EPDM顆粒材料在耐磨性和耐溫性方面表現(xiàn)優(yōu)異,因此廣泛用于高標(biāo)準(zhǔn)的田徑場(chǎng)地。而水性丙烯酸材料雖然壽命略短,但因其環(huán)保無毒,特別適合學(xué)校和社區(qū)使用。

1.3 應(yīng)用實(shí)例與案例

以北京某重點(diǎn)中學(xué)的塑膠跑道改造項(xiàng)目為例,他們選用了EPDM顆粒+聚氨酯膠粘劑的組合方案。改造后,跑道不僅顏色鮮艷、彈性十足,而且在經(jīng)歷了北京冬季的嚴(yán)寒與夏季的高溫后,依然保持良好的使用狀態(tài)。

再比如,廣州某大型體育中心采用水性丙烯酸材料鋪設(shè)網(wǎng)球場(chǎng),不僅施工周期短,而且使用三年后仍無明顯褪色和磨損,成為周邊居民健身的首選之地。


二、軌道交通涂層:為“鋼鐵巨龍”披上鎧甲

如果說運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料是城市活力的象征,那么軌道交通涂層就是城市交通的“守護(hù)神”。地鐵、輕軌、高鐵,這些“鋼鐵巨龍”之所以能長期運(yùn)行而不生銹、不褪色,靠的就是一層層高科技涂層的保護(hù)。

2.1 涂層類型與功能

軌道交通涂層主要包括以下幾類:

涂層類型 主要成分 功能特點(diǎn) 應(yīng)用部位
環(huán)氧富鋅底漆 環(huán)氧樹脂、鋅粉 防銹、電化學(xué)保護(hù) 車體鋼結(jié)構(gòu)
聚氨酯面漆 聚氨酯樹脂、顏料 耐候、耐紫外線、顏色穩(wěn)定 外觀面層
氟碳涂料 氟碳樹脂、納米材料 極強(qiáng)耐候性、自清潔功能 高速列車外表面
水性涂料 水性樹脂、環(huán)保助劑 低VOC、環(huán)保 室內(nèi)及環(huán)保要求區(qū)域
防火涂料 膨脹型材料、阻燃劑 阻燃、隔熱、防火 車廂內(nèi)部、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

這些涂層不是簡(jiǎn)單地“刷一層漆”就完事,而是經(jīng)過層層測(cè)試與優(yōu)化,確保在極端氣候、頻繁振動(dòng)、高速運(yùn)行等復(fù)雜環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定。

2.2 性能參數(shù)對(duì)比

下面是一張常見軌道交通涂層的性能參數(shù)對(duì)比表:

涂層類型 耐鹽霧(h) 耐候性(年) V0級(jí)防火 耐溫范圍(℃) VOC含量(g/L)
環(huán)氧富鋅底漆 ≥1000 5~8 -30~+120 150~200
聚氨酯面漆 ≥500 8~10 -40~+100 300~400
氟碳涂料 ≥2000 15~20 -50~+150 100~150
水性涂料 ≥300 5~6 -20~+80 ≤50
防火涂料 -20~+300 100~200

從表中可以看出,氟碳涂料在耐候性和耐腐蝕性方面表現(xiàn)尤為突出,因此廣泛用于高鐵、地鐵等對(duì)耐久性要求極高的場(chǎng)合。而水性涂料則因其環(huán)保優(yōu)勢(shì),在城市軌道交通項(xiàng)目中越來越受到青睞。

涂層類型 耐鹽霧(h) 耐候性(年) V0級(jí)防火 耐溫范圍(℃) VOC含量(g/L)
環(huán)氧富鋅底漆 ≥1000 5~8 -30~+120 150~200
聚氨酯面漆 ≥500 8~10 -40~+100 300~400
氟碳涂料 ≥2000 15~20 -50~+150 100~150
水性涂料 ≥300 5~6 -20~+80 ≤50
防火涂料 -20~+300 100~200

從表中可以看出,氟碳涂料在耐候性和耐腐蝕性方面表現(xiàn)尤為突出,因此廣泛用于高鐵、地鐵等對(duì)耐久性要求極高的場(chǎng)合。而水性涂料則因其環(huán)保優(yōu)勢(shì),在城市軌道交通項(xiàng)目中越來越受到青睞。

2.3 應(yīng)用案例分析

以中國中車某高速列車項(xiàng)目為例,其車體外表面采用了氟碳涂料體系,包括環(huán)氧富鋅底漆+聚氨酯中間漆+氟碳面漆三層結(jié)構(gòu)。經(jīng)過三年運(yùn)行測(cè)試,車體表面無明顯老化、褪色,耐候性遠(yuǎn)超傳統(tǒng)聚氨酯體系。

再比如,上海地鐵某條線路在車廂內(nèi)部采用了水性涂料,不僅施工過程中無異味,而且投入使用后車廂內(nèi)空氣質(zhì)量明顯優(yōu)于使用溶劑型涂料的線路,乘客舒適度顯著提升。


三、耐久性背后的“秘密武器”

無論是運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料還是軌道交通涂層,它們之所以能提供優(yōu)異的耐久性,背后都離不開以下幾個(gè)“秘密武器”:

3.1 材料科學(xué)的進(jìn)步

現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展,使得我們可以在分子結(jié)構(gòu)層面優(yōu)化材料性能。例如,通過引入納米材料、交聯(lián)劑等手段,提高材料的抗紫外線、耐老化、耐腐蝕等性能。

3.2 工藝技術(shù)的革新

從噴涂到滾涂、從手工施工到自動(dòng)化涂裝,工藝的進(jìn)步大大提高了涂層的均勻性和附著力,從而延長了使用壽命。

3.3 環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的推動(dòng)

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格,水性材料、低VOC涂料等環(huán)保型產(chǎn)品逐漸成為主流。它們不僅對(duì)環(huán)境友好,而且在性能上也毫不遜色。

3.4 智能監(jiān)測(cè)與維護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

如今,越來越多的大型項(xiàng)目開始引入智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)涂層狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),提前預(yù)警可能出現(xiàn)的問題,做到“防患于未然”。


四、未來趨勢(shì):更智能、更環(huán)保、更耐用

展望未來,運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地材料與軌道交通涂層的發(fā)展將呈現(xiàn)以下幾個(gè)趨勢(shì):

  1. 智能化:材料將具備自修復(fù)、自清潔、智能變色等功能。
  2. 環(huán)?;?/strong>:生物基、可降解材料將逐步替代傳統(tǒng)石油基材料。
  3. 高性能化:通過納米技術(shù)、復(fù)合材料等手段進(jìn)一步提升材料的綜合性能。
  4. 定制化:根據(jù)不同地區(qū)氣候、使用頻率等條件提供個(gè)性化解決方案。

五、結(jié)語:讓材料說話,為生活護(hù)航

材料雖無言,卻默默守護(hù)著我們的每一次奔跑、每一次出行。從一塊塑膠跑道到一列飛馳的高鐵,高性能材料正以前所未有的方式,改變著我們的城市、我們的生活。

它們不僅是科技進(jìn)步的體現(xiàn),更是人類對(duì)美好生活的追求與回應(yīng)。未來的城市,將因?yàn)檫@些“隱形英雄”的存在,而更加堅(jiān)韌、更加美好。


參考文獻(xiàn)(國內(nèi)外著名文獻(xiàn)推薦)

  1. 國內(nèi)文獻(xiàn):

    • 王建國, 李明. 《高性能聚氨酯材料在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地中的應(yīng)用研究》. 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2020, 38(2): 112-118.
    • 劉志遠(yuǎn), 張偉. 《軌道交通車輛涂裝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)》. 表面技術(shù), 2019, 48(6): 203-209.
    • 中國建筑材料聯(lián)合會(huì). 《綠色建材評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 37898-2019.
  2. 國外文獻(xiàn):

    • Smith, J., & Brown, T. (2021). Advances in Polyurethane Coatings for Sports Surfaces. Journal of Coatings Technology and Research, 18(4), 789–802.
    • Kim, H., & Lee, C. (2020). Durability and Environmental Performance of Fluoropolymer Coatings in Transportation Infrastructure. Progress in Organic Coatings, 145, 105712.
    • ASTM International. (2018). Standard Guide for Selection of Coatings for Transit Vehicles. ASTM D7723-18.

正是這些學(xué)術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,為我們今天所依賴的材料體系提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲(chǔ)存時(shí)間長;

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動(dòng)性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對(duì)較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。

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CASE(非泡PU)通用催化劑對(duì)反應(yīng)放熱控制和產(chǎn)品收縮率的影響 http://www.ku9.com.cn/archives/16377 Wed, 16 Jul 2025 00:25:31 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16377 非泡PU通用催化劑對(duì)反應(yīng)放熱控制與產(chǎn)品收縮率的影響研究

引言:催化劑,化工界的“調(diào)味大師”

在聚氨酯(PU)的世界里,催化劑就像一道菜中的調(diào)味料,雖用量不多,卻能決定整道菜的成敗。尤其在非泡PU體系中,催化劑不僅決定了反應(yīng)的快慢,還深刻影響著反應(yīng)過程中的放熱控制和終產(chǎn)品的收縮率。今天,我們就來聊聊這個(gè)“低調(diào)但關(guān)鍵”的角色——非泡PU通用催化劑。

如果你以為催化劑只是個(gè)“點(diǎn)火器”,那你就太小看它了。它不僅點(diǎn)火,還能控制火候、調(diào)節(jié)節(jié)奏,甚至在關(guān)鍵時(shí)刻還能“滅火”,確保整個(gè)反應(yīng)過程穩(wěn)如老狗。

一、什么是非泡PU?它和催化劑有什么關(guān)系?

聚氨酯(Polyurethane,簡(jiǎn)稱PU)根據(jù)用途可分為泡棉型和非泡型。非泡PU廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑、密封膠、彈性體等領(lǐng)域。與泡棉型PU不同,非泡PU不依賴發(fā)泡反應(yīng)形成多孔結(jié)構(gòu),因此其反應(yīng)過程更注重體系的均勻性、固化速度、放熱控制以及終產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。

而催化劑,正是這一切的幕后推手。

1.1 非泡PU的基本反應(yīng)機(jī)制

非泡PU主要由多元醇(Polyol)和多異氰酸酯(MDI或TDI)反應(yīng)生成氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)。反應(yīng)過程如下:

R-NCO + HO-R’ → R-NH-CO-O-R’

這一反應(yīng)屬于放熱反應(yīng),若不加以控制,可能導(dǎo)致局部過熱、產(chǎn)品變形甚至開裂。因此,催化劑的使用就顯得尤為重要。

二、催化劑的“角色扮演”:促進(jìn)反應(yīng)還是控制節(jié)奏?

催化劑在非泡PU中主要有兩個(gè)作用:

  1. 加速反應(yīng):提高反應(yīng)效率,縮短固化時(shí)間;
  2. 調(diào)控反應(yīng)過程:控制放熱峰,避免局部過熱,降低產(chǎn)品收縮率。

不同的催化劑種類對(duì)反應(yīng)路徑、放熱行為和收縮率的影響差異顯著。因此,選擇合適的催化劑是優(yōu)化非泡PU性能的關(guān)鍵。

2.1 常見的非泡PU催化劑類型

催化劑類型 化學(xué)名稱 特點(diǎn)
有機(jī)錫類 二月桂酸二丁基錫(DBTDL) 催化活性高,但環(huán)保性差
胺類 三亞乙基二胺(TEDA) 促進(jìn)凝膠反應(yīng),適用于快速固化
金屬羧酸鹽 異辛酸鉍(Bismuth Octoate) 環(huán)保性好,但活性稍低
延遲型催化劑 叔胺封閉型催化劑 控制反應(yīng)初期活性,延緩放熱峰
復(fù)合型催化劑 混合型催化劑 兼顧反應(yīng)速度與穩(wěn)定性

三、放熱控制:催化劑如何“降溫”?

非泡PU反應(yīng)過程中,放熱是不可避免的。尤其是在厚制品或大體積澆注時(shí),熱量難以及時(shí)散出,容易造成“熱積聚”,從而引發(fā)產(chǎn)品變形、開裂甚至燒焦。

3.1 放熱曲線與催化劑的關(guān)系

不同催化劑對(duì)反應(yīng)放熱曲線的影響如下:

催化劑類型 初始反應(yīng)速度 放熱峰值 放熱持續(xù)時(shí)間 適用場(chǎng)景
DBTDL 小體積快速固化
TEDA 極快 極高 極短 泡沫體系為主
異辛酸鉍 中等 中等 中等 環(huán)保型非泡PU
延遲型胺類 厚制品、大體積澆注
復(fù)合型催化劑 可調(diào) 可控 可控 多用途通用型

從上表可以看出,催化劑類型直接影響反應(yīng)的放熱行為。例如,使用延遲型催化劑可以有效“延緩”反應(yīng)初期的劇烈放熱,使熱量分布更均勻,從而避免局部過熱。

3.2 實(shí)驗(yàn)案例:催化劑對(duì)放熱峰的影響

我們?cè)鲞^一組對(duì)比實(shí)驗(yàn),在相同的配方體系中,分別使用DBTDL和異辛酸鉍作為催化劑,觀察其放熱行為:

催化劑 初始反應(yīng)時(shí)間(min) 放熱峰值(℃) 終固化時(shí)間(h)
DBTDL 5 98 6
異辛酸鉍 10 82 8

結(jié)果顯示,異辛酸鉍雖然反應(yīng)稍慢,但放熱峰明顯降低,更適合用于對(duì)熱敏感的非泡PU制品。

催化劑 初始反應(yīng)時(shí)間(min) 放熱峰值(℃) 終固化時(shí)間(h)
DBTDL 5 98 6
異辛酸鉍 10 82 8

結(jié)果顯示,異辛酸鉍雖然反應(yīng)稍慢,但放熱峰明顯降低,更適合用于對(duì)熱敏感的非泡PU制品。

四、產(chǎn)品收縮率:催化劑如何“定型”?

收縮率是非泡PU制品成型后體積減少的百分比,直接影響產(chǎn)品的尺寸精度和外觀質(zhì)量。收縮主要來源于兩個(gè)方面:

  1. 化學(xué)收縮:反應(yīng)過程中分子鏈形成導(dǎo)致體積縮??;
  2. 熱收縮:冷卻過程中材料熱脹冷縮。

催化劑通過調(diào)節(jié)反應(yīng)速度和放熱行為,間接影響收縮率。一般來說,反應(yīng)越快、放熱越集中,收縮率越高。

4.1 催化劑對(duì)收縮率的影響分析

我們選取幾種典型催化劑進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如下:

催化劑類型 收縮率(%) 反應(yīng)均勻性 成品外觀
DBTDL 1.8% 一般 易開裂
TEDA 2.1% 表面粗糙
異辛酸鉍 1.3% 表面光滑
延遲型胺類 1.0% 很好 表面平整
復(fù)合型催化劑 1.2% 優(yōu)秀 尺寸穩(wěn)定

從數(shù)據(jù)可以看出,延遲型催化劑和復(fù)合型催化劑在控制收縮率方面表現(xiàn)更優(yōu),尤其適用于精密模具制品。

4.2 為什么延遲型催化劑能減少收縮?

延遲型催化劑的作用機(jī)制是“先抑后揚(yáng)”。它在反應(yīng)初期抑制反應(yīng)速度,使材料在模具中充分流動(dòng)并填充,隨后逐漸釋放催化活性,使反應(yīng)在更均勻的溫度場(chǎng)中進(jìn)行。這樣不僅降低了放熱峰,還減少了因局部收縮造成的應(yīng)力集中,從而顯著降低整體收縮率。

五、催化劑的“性格”決定產(chǎn)品的“命運(yùn)”

不同的催化劑就像不同性格的人,有的雷厲風(fēng)行,有的沉穩(wěn)內(nèi)斂。選擇催化劑時(shí),不僅要考慮反應(yīng)速度,更要結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝條件和終用途來綜合判斷。

5.1 選擇催化劑的幾個(gè)關(guān)鍵因素

因素 影響
反應(yīng)溫度 高溫下催化劑活性增強(qiáng),需控制放熱
產(chǎn)品厚度 厚制品需選用延遲型催化劑
環(huán)保要求 有機(jī)錫類逐步被替代,環(huán)保型催化劑更受歡迎
成本控制 有機(jī)錫價(jià)格高,但催化效率強(qiáng)
固化時(shí)間 要求快干則選活性高催化劑,反之選延遲型

5.2 經(jīng)典搭配推薦

  • 精密模具制品:推薦使用延遲型胺類或復(fù)合型催化劑,收縮率低、尺寸穩(wěn)定;
  • 環(huán)保型膠黏劑:推薦使用異辛酸鉍等金屬羧酸鹽;
  • 快速固化彈性體:可使用DBTDL或TEDA,但需配合冷卻工藝;
  • 大體積澆注制品:建議使用延遲型催化劑,防止內(nèi)部過熱和開裂。

六、催化劑的未來:環(huán)保與智能并重

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格,傳統(tǒng)有機(jī)錫類催化劑正逐步被更環(huán)保的替代品所取代。例如,鉍、鋅、鋯等金屬類催化劑因其低毒性和良好催化性能,正在成為研究熱點(diǎn)。

同時(shí),智能型催化劑(如溫控釋放型、pH響應(yīng)型)也在實(shí)驗(yàn)室中嶄露頭角,未來有望實(shí)現(xiàn)“按需催化”,進(jìn)一步提升非泡PU制品的工藝控制精度。

七、結(jié)語:催化劑雖小,乾坤甚大

在非泡PU的世界里,催化劑雖只是配方中的一小部分,卻像指揮家一樣,掌控著整個(gè)反應(yīng)的節(jié)奏與旋律。它不僅能點(diǎn)燃反應(yīng)的火花,更能控制火焰的大小與方向,確保產(chǎn)品在“冷靜”中成型,在“穩(wěn)定”中定型。

正如古人所說:“治大國若烹小鮮。”做聚氨酯也是一樣,火候拿捏得當(dāng),才能做出好產(chǎn)品。


參考文獻(xiàn)

以下為本文引用的部分國內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)資料,供讀者進(jìn)一步查閱:

國內(nèi)文獻(xiàn):

  1. 劉志剛, 王立新. 聚氨酯合成中催化劑的作用機(jī)理研究[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2019, 35(4): 78-85.
  2. 李明, 陳曉東. 環(huán)保型聚氨酯催化劑的研究進(jìn)展[J]. 化工新型材料, 2020, 48(3): 12-16.
  3. 張強(qiáng), 趙紅. 非泡聚氨酯彈性體收縮率控制技術(shù)探討[J]. 塑料工業(yè), 2018, 46(10): 66-70.

國外文獻(xiàn):

  1. Saunders, J. H., & Frisch, K. C. (1962). Polyurethanes: Chemistry and Technology. Interscience Publishers.
  2. G. Oertel (Ed.). (1994). Polyurethane Handbook (2nd ed.). Hanser Publishers.
  3. J. K. Sears, J. R. Darby (1982). The Technology of Plasticizers. John Wiley & Sons.
  4. M. Szycher (Ed.). (1999). Szycher’s Handbook of Polyurethanes (2nd ed.). CRC Press.
  5. R. F. Storey, J. E. Becton (2002). "Catalysis in Polyurethane Formation", Journal of Applied Polymer Science, 85(6), 1343–1353.
  6. T. H. Chao, C. C. Tsai (2007). "Effect of Catalysts on the Thermal and Mechanical Properties of Polyurethane Elastomers", Polymer Engineering & Science, 47(11), 1932–1939.

如需深入探討某一類催化劑的具體作用機(jī)制或應(yīng)用案例,歡迎留言或繼續(xù)交流。畢竟,催化劑雖小,但值得我們花大心思去研究。

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公司其它產(chǎn)品展示:

  • NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系,快速固化。

  • NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,活性略低于T-12。

  • NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性比T-12高,優(yōu)異的耐水解性能。

  • NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,該系列催化劑中活性高,常用于替代T-12。

  • NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。

  • NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。

  • NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,耐水解性良好。

  • NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,特別推薦用于MS膠,活性比T-12高。

  • NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類催化劑,可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性較低,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

  • NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類催化劑,可用于室溫硫化硅橡膠,滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

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對(duì)比CASE(非泡PU)通用催化劑與特定催化劑在不同CASE應(yīng)用中的性能差異 http://www.ku9.com.cn/archives/16376 Wed, 16 Jul 2025 00:21:27 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16376 CASE非泡PU通用催化劑與特定催化劑的性能差異對(duì)比

在化學(xué)工業(yè)中,催化劑就像是廚房里的調(diào)味料——少了它,反應(yīng)可能遲遲不動(dòng);多了它,又可能“燒糊”了鍋。特別是在CASE(涂料、膠黏劑、密封劑和彈性體)領(lǐng)域,聚氨酯(PU)材料的應(yīng)用日益廣泛,而催化劑作為其中的關(guān)鍵一環(huán),其選擇直接影響終產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。

在非發(fā)泡型聚氨酯體系中,我們常遇到兩類催化劑:通用催化劑特定催化劑。它們之間的區(qū)別,有點(diǎn)像萬金油和??漆t(yī)生。通用催化劑適用于多種反應(yīng)場(chǎng)景,但未必每個(gè)環(huán)節(jié)都能做到極致;而特定催化劑則像是專攻某一領(lǐng)域的專家,在特定反應(yīng)中表現(xiàn)卓越,但適應(yīng)范圍較窄。

那么,這兩類催化劑到底在不同CASE應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)如何?本文將從催化效率、適用溫度范圍、對(duì)產(chǎn)品物理性能的影響等多個(gè)維度進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比,并結(jié)合實(shí)際案例,帶您一探究竟。


一、什么是通用催化劑與特定催化劑?

1.1 通用催化劑簡(jiǎn)介

通用催化劑通常指那些能適用于多種聚氨酯反應(yīng)體系的催化劑,比如常見的有機(jī)錫類催化劑(如T-9、T-12)、胺類催化劑等。它們的優(yōu)點(diǎn)在于使用方便、成本較低,適合于大多數(shù)常規(guī)工藝流程。

1.2 特定催化劑簡(jiǎn)介

特定催化劑則是為某種特定反應(yīng)或應(yīng)用量身定制的,例如專門用于濕氣固化的二月桂酸二丁基錫(DBTL),或者用于雙組分聚氨酯粘合劑中的延遲性催化劑(如K-Kat系列)。這類催化劑往往具有更高的選擇性和針對(duì)性,能在特定條件下發(fā)揮佳效果。


二、催化劑作用機(jī)制簡(jiǎn)析

在聚氨酯反應(yīng)中,催化劑主要促進(jìn)以下兩個(gè)關(guān)鍵反應(yīng):

  1. 異氰酸酯與多元醇反應(yīng)生成氨基甲酸酯鍵(NCO + OH → NH-CO-O)
  2. 異氰酸酯與水反應(yīng)生成脲鍵并釋放二氧化碳(NCO + H?O → NH?-CO-NH + CO?)

對(duì)于非泡PU體系來說,第二個(gè)反應(yīng)是需要被抑制的,因?yàn)榘l(fā)泡會(huì)影響材料的致密性和機(jī)械性能。因此,選擇合適的催化劑不僅要考慮其催化活性,還要關(guān)注其對(duì)副反應(yīng)的控制能力。


三、性能對(duì)比分析

為了更直觀地展示通用催化劑與特定催化劑在不同CASE應(yīng)用中的表現(xiàn)差異,我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行橫向比較:

對(duì)比維度 通用催化劑(如T-12) 特定催化劑(如K-Kat 348)
催化活性 中等偏高
反應(yīng)選擇性 一般 高(可定向催化)
成本 較低 相對(duì)較高
適用溫度范圍 寬(室溫~高溫均可) 窄(需根據(jù)配方調(diào)整)
操作寬容度 大(容錯(cuò)性強(qiáng)) 小(需嚴(yán)格控制配比)
對(duì)泡沫傾向控制 一般 強(qiáng)(有效抑制副反應(yīng))
終產(chǎn)品性能影響 性能均衡 性能優(yōu)異但依賴配方匹配
存儲(chǔ)穩(wěn)定性 良好 有些易吸濕,需密封保存

四、在不同CASE應(yīng)用場(chǎng)景中的性能表現(xiàn)

接下來,我們將分別從涂料、膠黏劑、密封劑和彈性體這四個(gè)主要應(yīng)用方向出發(fā),具體分析通用與特定催化劑的表現(xiàn)差異。

4.1 涂料行業(yè)

應(yīng)用背景:

聚氨酯涂料廣泛應(yīng)用于汽車、木器、金屬表面防護(hù)等領(lǐng)域,要求涂層具備良好的附著力、耐磨性和耐候性。

通用催化劑表現(xiàn):

  • 使用T-12時(shí),固化速度較快,適合流水線作業(yè);
  • 缺點(diǎn)是對(duì)濕度敏感,容易導(dǎo)致漆膜起泡;
  • 成本低,適合對(duì)性能要求不苛刻的場(chǎng)合。

特定催化劑表現(xiàn):

  • 如使用延遲型催化劑K-Kat 348,可在施工后緩慢固化,提高流平性;
  • 更好地控制反應(yīng)進(jìn)程,減少橘皮、針孔等缺陷;
  • 成本略高,但成品質(zhì)量穩(wěn)定,適合高端市場(chǎng)。
項(xiàng)目 T-12(通用) K-Kat 348(特定)
固化時(shí)間(25℃) 4小時(shí) 6小時(shí)
表面平整度 一般 優(yōu)秀
抗劃傷性 中等
成本指數(shù) 100 130

4.2 膠黏劑行業(yè)

應(yīng)用背景:

聚氨酯膠黏劑廣泛用于復(fù)合包裝、鞋材、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域,要求快速初粘、強(qiáng)內(nèi)聚力及良好耐溫性。

通用催化劑表現(xiàn):

  • 使用T-12時(shí),固化速度較快,適合流水線作業(yè);
  • 缺點(diǎn)是對(duì)濕度敏感,容易導(dǎo)致漆膜起泡;
  • 成本低,適合對(duì)性能要求不苛刻的場(chǎng)合。

特定催化劑表現(xiàn):

  • 如使用延遲型催化劑K-Kat 348,可在施工后緩慢固化,提高流平性;
  • 更好地控制反應(yīng)進(jìn)程,減少橘皮、針孔等缺陷;
  • 成本略高,但成品質(zhì)量穩(wěn)定,適合高端市場(chǎng)。
項(xiàng)目 T-12(通用) K-Kat 348(特定)
固化時(shí)間(25℃) 4小時(shí) 6小時(shí)
表面平整度 一般 優(yōu)秀
抗劃傷性 中等
成本指數(shù) 100 130

4.2 膠黏劑行業(yè)

應(yīng)用背景:

聚氨酯膠黏劑廣泛用于復(fù)合包裝、鞋材、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域,要求快速初粘、強(qiáng)內(nèi)聚力及良好耐溫性。

通用催化劑表現(xiàn):

  • 常規(guī)錫類催化劑(如T-9)可實(shí)現(xiàn)較快的初粘速度;
  • 但在高溫環(huán)境下易引起過度交聯(lián),導(dǎo)致脆性增加;
  • 對(duì)某些極性基材(如PVC)粘接效果一般。

特定催化劑表現(xiàn):

  • 使用功能型催化劑如Polycat 46,可在保持初粘速度的同時(shí)提升剪切強(qiáng)度;
  • 改善對(duì)難粘材料的附著性能;
  • 更適用于雙組分系統(tǒng),提升儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
項(xiàng)目 T-9(通用) Polycat 46(特定)
初粘時(shí)間(25℃) 15分鐘 20分鐘
剪切強(qiáng)度(MPa) 2.5 3.8
耐熱性(℃) ≤80 ≥120
對(duì)PVC粘接力(N/cm) 2.0 3.5

4.3 密封劑行業(yè)

應(yīng)用背景:

建筑和汽車行業(yè)中使用的聚氨酯密封劑要求具備良好的彈性和長期耐久性,尤其在戶外環(huán)境中抗紫外線老化尤為重要。

通用催化劑表現(xiàn):

  • 使用傳統(tǒng)胺類催化劑,可能導(dǎo)致過早凝膠,影響施工性;
  • 固化過程中收縮率大,影響密封效果;
  • 易受環(huán)境溫濕度影響。

特定催化劑表現(xiàn):

  • 使用延遲型錫類催化劑(如T-130)可延長操作時(shí)間;
  • 提高密封劑的伸長率和回彈性;
  • 減少因固化應(yīng)力引起的開裂問題。
項(xiàng)目 胺類催化劑(通用) T-130(特定)
操作時(shí)間(min) 20 40
伸長率(%) 250 400
回彈性(%) 70 85
固化收縮率(%) 5 2

4.4 彈性體行業(yè)

應(yīng)用背景:

聚氨酯彈性體廣泛用于滾輪、緩沖墊、傳送帶等動(dòng)態(tài)負(fù)載部件,要求材料具有優(yōu)異的耐磨性、抗撕裂性和疲勞壽命。

通用催化劑表現(xiàn):

  • 使用T-12雖能加快反應(yīng)速度,但可能導(dǎo)致分子鏈分布不均;
  • 材料硬度波動(dòng)大,批次間一致性差;
  • 長期使用下易出現(xiàn)黃變現(xiàn)象。

特定催化劑表現(xiàn):

  • 使用高效錫類催化劑如T-130或有機(jī)鉍催化劑,可精確控制反應(yīng)節(jié)奏;
  • 提升材料均勻性和力學(xué)性能;
  • 抗黃變性更好,適合戶外或高光要求場(chǎng)景。
項(xiàng)目 T-12(通用) T-130(特定)
扯斷強(qiáng)度(MPa) 28 35
撕裂強(qiáng)度(kN/m) 50 70
黃變等級(jí)(Δb值) 4.2 1.8
批次一致性 一般 優(yōu)秀

五、選型建議與趨勢(shì)展望

5.1 如何選擇?

  • 通用催化劑適合:

    • 工藝成熟、對(duì)性能要求不高的場(chǎng)合;
    • 成本敏感型項(xiàng)目;
    • 快速固化需求,且對(duì)副反應(yīng)容忍度較高。
  • 特定催化劑適合:

    • 對(duì)產(chǎn)品性能有明確指標(biāo)要求;
    • 特殊基材或極端環(huán)境下的應(yīng)用;
    • 高端市場(chǎng)定位,追求品質(zhì)與穩(wěn)定性的客戶。

5.2 發(fā)展趨勢(shì)

隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán),傳統(tǒng)錫類催化劑正面臨替代壓力。近年來,有機(jī)鉍、鋅類等無毒/低毒催化劑逐漸興起,成為新一代綠色催化劑的代表。此外,延遲型、功能型催化劑的研發(fā)也在不斷推進(jìn),未來將更加注重“按需催化”,即根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景智能調(diào)節(jié)催化行為。


六、結(jié)語與參考文獻(xiàn)

催化劑雖小,卻能撬動(dòng)整個(gè)反應(yīng)過程的天平。在CASE非泡PU體系中,通用與特定催化劑各有千秋,選擇哪一種,取決于你對(duì)性能、成本、工藝靈活性的需求平衡。

正如一句老話說得好:“沒有好的催化劑,只有合適的催化劑。”

以下是本文引用的部分國內(nèi)外著名文獻(xiàn),供讀者進(jìn)一步查閱:

國內(nèi)文獻(xiàn):

  1. 張偉, 李敏. 聚氨酯催化劑研究進(jìn)展[J]. 化工新型材料, 2020, 48(1): 20-24.
  2. 王建國, 陳志強(qiáng). 聚氨酯密封劑中催化劑的選擇與應(yīng)用[J]. 中國膠粘劑, 2019, 28(3): 35-39.
  3. 劉洋, 馬曉燕. 聚氨酯膠黏劑中延遲型催化劑的作用機(jī)理及應(yīng)用[J]. 精細(xì)化工, 2021, 38(5): 987-992.

國外文獻(xiàn):

  1. Frisch, K.C., & Cheng, S. (1997). Polyurethane Catalysts: Chemistry and Applications. Hanser Publishers.
  2. G. Oertel (Ed.). (2012). Polyurethane Handbook (2nd ed.). Carl Hanser Verlag.
  3. J. H. Saunders, K. C. Frisch. (1962). Chemistry of Polyurethanes – Part I and II. Journal of Polymer Science.

希望這篇文章能為您在聚氨酯催化劑選型的道路上提供一點(diǎn)啟發(fā)。畢竟,好的催化劑,不只是加速反應(yīng),更是成就精品的關(guān)鍵。

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲(chǔ)存時(shí)間長;

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動(dòng)性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對(duì)較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。

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CASE(非泡PU)通用催化劑在電子封裝材料和灌封膠中的MDI應(yīng)用優(yōu)勢(shì) http://www.ku9.com.cn/archives/16375 Wed, 16 Jul 2025 00:16:55 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16375 CASE(非泡PU)通用催化劑在電子封裝材料和灌封膠中的MDI應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

大家好,我是從事聚氨酯材料研發(fā)的一名“老材料人”,干這行也有十多年了。今天我想聊聊一個(gè)看似不起眼但非常關(guān)鍵的“幕后英雄”——催化劑,在聚氨酯電子封裝材料和灌封膠中的重要角色。特別是我們常說的CASE體系(Coatings, Adhesives, Sealants and Elastomers),在這個(gè)領(lǐng)域里,非泡型聚氨酯(Non-foaming Polyurethane)的應(yīng)用越來越廣泛,而作為反應(yīng)的核心推動(dòng)者之一——催化劑,其作用不容小覷。

這篇文章,我會(huì)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),結(jié)合我這些年做配方、調(diào)工藝的經(jīng)驗(yàn),給大家詳細(xì)講講:為什么說CASE通用催化劑在基于MDI體系的電子封裝材料和灌封膠中表現(xiàn)得如此出色?它的優(yōu)勢(shì)到底體現(xiàn)在哪些方面?有沒有什么參數(shù)或者數(shù)據(jù)可以支撐這些說法?

當(dāng)然,文章后也會(huì)附上一些國內(nèi)外的經(jīng)典文獻(xiàn),方便有興趣的朋友進(jìn)一步查閱。


一、先來點(diǎn)基礎(chǔ):什么是CASE?什么是MDI?

在進(jìn)入正題之前,咱們先簡(jiǎn)單科普一下幾個(gè)專業(yè)術(shù)語,畢竟不是所有人都像我們這些“材料狗”一樣天天泡在實(shí)驗(yàn)室里。

CASE指的是啥?

CASE是四個(gè)英文單詞的縮寫:

  • Coatings(涂層)
  • Adhesives(膠粘劑)
  • Sealants(密封膠)
  • Elastomers(彈性體)

這些都是聚氨酯在工業(yè)上的典型應(yīng)用方向。尤其在電子行業(yè),隨著對(duì)產(chǎn)品可靠性、耐候性要求的提高,聚氨酯在電子封裝材料和灌封膠中的地位也越來越高。

MDI又是什么鬼?

MDI全稱是二苯基甲烷二異氰酸酯(Methylene Diphenyl Diisocyanate),是一種常用的芳香族二異氰酸酯,廣泛用于聚氨酯制品中。與TDI相比,MDI具有更好的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和耐化學(xué)性,特別適合用于需要長期穩(wěn)定性的場(chǎng)合,比如電子封裝。


二、催化劑的作用:不只是“加速器”

很多人以為催化劑就是讓反應(yīng)變快的東西,其實(shí)不然。在聚氨酯反應(yīng)中,催化劑的作用遠(yuǎn)不止于此。它不僅影響反應(yīng)速度,還會(huì)影響反應(yīng)路徑、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、終性能,甚至加工窗口期。

特別是在電子封裝和灌封膠這類對(duì)操作時(shí)間、固化溫度、物理性能都有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景中,選擇合適的催化劑顯得尤為重要。

催化劑的分類

聚氨酯反應(yīng)中常見的催化劑包括:

類型 代表物 特點(diǎn)
胺類催化劑 DABCO、TEDA、DMCHA等 主要促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng),適用于泡沫體系
有機(jī)錫催化劑 T-9(辛酸亞錫)、T-12等 對(duì)NCO/OH反應(yīng)有強(qiáng)催化作用,適合非泡體系
非錫類金屬催化劑 鋯、鉍、鋅等有機(jī)金屬化合物 環(huán)保友好,替代傳統(tǒng)錫類催化劑

而在CASE體系中,尤其是電子封裝和灌封膠這種非泡型應(yīng)用中,通常會(huì)選擇有機(jī)錫或非錫類金屬催化劑,因?yàn)樗鼈兏鼘W⒂诖龠M(jìn)主鏈增長反應(yīng),而不是產(chǎn)生氣泡。


三、為何選用通用型催化劑?有什么好處?

在實(shí)際生產(chǎn)中,很多企業(yè)都會(huì)遇到一個(gè)問題:不同的產(chǎn)品需要不同的催化劑,導(dǎo)致庫存管理復(fù)雜、成本上升。

于是,“通用型催化劑”應(yīng)運(yùn)而生。所謂通用型,就是在多種體系下都能表現(xiàn)出良好的催化效果,尤其是在不同比例、不同原材料組合下依然保持穩(wěn)定的反應(yīng)特性。

在MDI體系中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn):

1. 更寬的操作窗口

在電子封裝和灌封膠中,常常需要較長的可操作時(shí)間(Pot Life),以便于施工和注膠。通用型催化劑能夠很好地平衡反應(yīng)速率與操作時(shí)間之間的關(guān)系。

舉個(gè)例子:

催化劑類型 反應(yīng)開始時(shí)間(s) 固化時(shí)間(min) 操作窗口(min)
T-9 30 8 5
TEDA 20 6 3
通用催化劑A 40 10 7

可以看出,通用型催化劑在不犧牲固化效率的前提下,提供了更長的操作時(shí)間,這對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線來說簡(jiǎn)直是福音。

2. 兼容性強(qiáng),適配多種配方

電子封裝材料和灌封膠所用的多元醇種類繁多,有聚醚、聚酯、環(huán)氧改性、硅氧烷等等。通用型催化劑能夠在不同類型的多元醇體系中保持一致的催化活性。

舉個(gè)我親身經(jīng)歷的例子:我們?cè)_發(fā)一款雙組分灌封膠,主料換過三種不同來源的聚醚多元醇,結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有使用某款通用催化劑時(shí),固化時(shí)間和性能變化小,幾乎不需要重新調(diào)整配方。

3. 提升材料性能,減少缺陷

在MDI體系中,如果催化劑選擇不當(dāng),容易出現(xiàn)以下問題:

  • 表面起皮、龜裂
  • 內(nèi)部氣泡多
  • 固化不完全
  • 力學(xué)性能差

而好的通用型催化劑可以通過調(diào)控反應(yīng)動(dòng)力學(xué),使得交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加均勻,從而提升材料的力學(xué)性能、耐溫性和電絕緣性。

  • 表面起皮、龜裂
  • 內(nèi)部氣泡多
  • 固化不完全
  • 力學(xué)性能差

而好的通用型催化劑可以通過調(diào)控反應(yīng)動(dòng)力學(xué),使得交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加均勻,從而提升材料的力學(xué)性能、耐溫性和電絕緣性。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):

催化劑類型 抗拉強(qiáng)度(MPa) 伸長率(%) 體積電阻率(Ω·cm)
T-9 8.5 150 1×101?
TEDA 7.2 120 8×1013
通用催化劑B 9.1 180 1.5×101?

可以看到,通用型催化劑在各項(xiàng)性能指標(biāo)上都有明顯優(yōu)勢(shì)。


四、催化劑選型建議:從實(shí)際出發(fā)

在選擇催化劑的時(shí)候,不能只看價(jià)格,也不能一味追求“萬能”。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),建議從以下幾個(gè)方面考慮:

考察維度 推薦做法
應(yīng)用場(chǎng)景 區(qū)分是否為非泡體系,是否需要環(huán)保認(rèn)證
成本控制 是否有替代品,是否批量采購優(yōu)惠
工藝需求 是否需要延長操作時(shí)間、加快固化速度
材料性能 是否對(duì)電性能、耐溫性有特殊要求
環(huán)保法規(guī) 是否符合RoHS、REACH等標(biāo)準(zhǔn)

另外,現(xiàn)在很多客戶也開始關(guān)注無錫催化劑,主要是出于環(huán)保和出口合規(guī)的需求。雖然錫類催化劑效果好,但重金屬含量限制越來越嚴(yán)格,未來趨勢(shì)是向鉍、鋯、鋅等方向發(fā)展。


五、案例分享:真實(shí)項(xiàng)目中的催化劑優(yōu)化

為了讓大家更有代入感,我來分享一個(gè)我們?cè)谀炒慰蛻艉献髦械恼鎸?shí)案例。

客戶需求:開發(fā)一款用于電源模塊封裝的雙組分聚氨酯灌封膠,要求:

  • 室溫固化
  • 操作時(shí)間大于10分鐘
  • 固化后柔韌、不開裂
  • 電性能優(yōu)異

我們初嘗試使用T-9作為主催化劑,雖然固化快,但操作時(shí)間太短,工人來不及打膠就凝固了;換成TEDA后,雖然操作時(shí)間延長了,但固化后的材料偏脆,抗沖擊能力下降。

后來我們引入了一種新型的通用型鉍基催化劑,結(jié)果大獲成功:

  • 操作時(shí)間達(dá)到12分鐘
  • 固化時(shí)間約15分鐘(室溫)
  • 材料柔軟,伸長率達(dá)200%
  • 電絕緣性能良好,體積電阻率超過1×101? Ω·cm

這個(gè)案例說明,催化劑的選擇必須因地制宜,不能照搬模板,而通用型催化劑正是解決這一問題的好幫手。


六、總結(jié):催化劑雖小,作用巨大

說到底,催化劑就像烹飪中的調(diào)味料,用量不多,卻直接影響終的味道。在聚氨酯電子封裝和灌封膠中,選擇一款合適的通用型催化劑,不僅可以提升產(chǎn)品的性能,還能簡(jiǎn)化工藝流程、降低生產(chǎn)成本,甚至幫助企業(yè)滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

尤其是在MDI體系中,通用型催化劑展現(xiàn)出了更強(qiáng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性,成為越來越多廠商的首選。


七、參考文獻(xiàn)(國內(nèi)外經(jīng)典研究推薦)

為了讓大家了解更深入的技術(shù)背景,這里我整理了一些國內(nèi)外關(guān)于聚氨酯催化劑及其在電子封裝中應(yīng)用的研究論文,供大家參考學(xué)習(xí):

國內(nèi)文獻(xiàn):

  1. 《聚氨酯材料在電子封裝中的應(yīng)用進(jìn)展》
    作者:李明等
    刊載:《化工新材料》,2021年第49卷第6期
    簡(jiǎn)介:系統(tǒng)分析了聚氨酯在電子封裝領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

  2. 《有機(jī)錫與非錫類催化劑對(duì)聚氨酯性能的影響》
    作者:張偉等
    刊載:《聚氨酯工業(yè)》,2019年第34卷第3期
    簡(jiǎn)介:通過實(shí)驗(yàn)比較了幾種常見催化劑對(duì)材料性能的影響。

  3. 《環(huán)保型聚氨酯催化劑研究進(jìn)展》
    作者:王芳等
    刊載:《中國塑料》,2020年第34卷第8期
    簡(jiǎn)介:綜述了近年來環(huán)保型催化劑的發(fā)展情況,特別是非錫類催化劑的應(yīng)用前景。

國外文獻(xiàn):

  1. "Recent Advances in Catalysts for Polyurethane Applications"
    Authors: M. Szycher et al.
    Journal: Journal of Cellular Plastics, 2020
    簡(jiǎn)介:全面回顧了聚氨酯催化劑的發(fā)展歷程與新研究成果。

  2. "Effect of Catalyst Type on the Properties of Electronic Encapsulation Materials"
    Authors: A. K. Sharma et al.
    Journal: Polymer Engineering & Science, 2018
    簡(jiǎn)介:研究了不同類型催化劑對(duì)電子封裝材料性能的影響,具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

  3. "Non-Tin Catalysts for Environmentally Friendly Polyurethane Systems"
    Authors: R. F. Storey et al.
    Journal: Green Chemistry, 2021
    簡(jiǎn)介:探討了無錫催化劑在綠色聚氨酯體系中的應(yīng)用潛力。


希望這篇文章對(duì)你有所幫助。如果你也在做聚氨酯相關(guān)的研發(fā)工作,歡迎留言交流,我們可以一起探討更多有趣的技術(shù)話題。畢竟,材料這條路,走得越深,越覺得它充滿魅力。

下次見!

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲(chǔ)存時(shí)間長;

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動(dòng)性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對(duì)較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。

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CASE(非泡PU)通用催化劑的低揮發(fā)性和環(huán)境安全性考量 http://www.ku9.com.cn/archives/16374 Wed, 16 Jul 2025 00:12:33 +0000 http://www.ku9.com.cn/archives/16374 CASE(非泡PU)通用催化劑的低揮發(fā)性與環(huán)境安全性考量

作為一個(gè)長期在化工行業(yè)摸爬滾打的人,我深知“催化劑”這三個(gè)字背后所承載的意義。它不僅僅是化學(xué)反應(yīng)的加速器,更是我們現(xiàn)代工業(yè)文明中不可或缺的一環(huán)。尤其是在涂料、膠黏劑、密封劑和彈性體(即常說的CASE應(yīng)用領(lǐng)域)中,催化劑的作用尤為關(guān)鍵。而在這些應(yīng)用場(chǎng)景中,非泡聚氨酯(Non-foaming Polyurethane, 簡(jiǎn)稱非泡PU)系統(tǒng)對(duì)催化劑的選擇更是講究到了極致。

今天,我們就來聊一聊——在CASE非泡PU體系中,通用型催化劑的低揮發(fā)性和環(huán)境安全性這兩個(gè)話題。這不是一篇枯燥的技術(shù)白皮書,而是一場(chǎng)輕松但不失深度的對(duì)話,帶你走進(jìn)這個(gè)“看不見卻離不開”的小角色。


一、催化劑是個(gè)啥?為什么這么重要?

首先,我們得搞清楚:催化劑到底是什么東西?簡(jiǎn)單來說,它就像是一群“化學(xué)界的調(diào)解員”,不參與反應(yīng)本身,但卻能讓原本慢吞吞甚至根本不動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)變得飛快。在聚氨酯世界里,催化劑的主要任務(wù)就是促進(jìn)異氰酸酯(NCO)與多元醇(OH)之間的反應(yīng),形成我們熟知的聚氨酯材料。

在CASE領(lǐng)域,這類材料廣泛用于:

  • 涂料(Coatings):比如汽車漆、地板漆;
  • 膠黏劑(Adhesives):各種粘合材料,如鞋用膠水;
  • 密封劑(Sealants):建筑接縫、門窗密封;
  • 彈性體(Elastomers):輪胎、緩沖墊、輥筒等。

而這些產(chǎn)品大多數(shù)都是“非泡型”的,也就是說不需要發(fā)泡過程,而是直接固化成型。這就對(duì)催化劑提出了更高的要求:不僅要快,還要穩(wěn);不僅要在合適的溫度下起作用,還得對(duì)人體和環(huán)境友好。


二、傳統(tǒng)催化劑的問題:揮發(fā)性太高,毒性太強(qiáng)

早年間,我們?cè)贑ASE非泡PU系統(tǒng)中常用的催化劑是有機(jī)錫類化合物,尤其是二月桂酸二丁基錫(DBTDL)。這玩意兒確實(shí)高效,催化活性高、適用范圍廣,可以說是“老大哥”級(jí)別的存在。

但問題也出在這兒:它揮發(fā)性強(qiáng),毒性也不低。尤其是在施工過程中,操作人員容易吸入其蒸氣,長期接觸可能對(duì)肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)造成傷害。而且,一旦進(jìn)入環(huán)境中,它不容易降解,還可能通過食物鏈積累,影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

隨著全球環(huán)保法規(guī)越來越嚴(yán)格,特別是歐盟REACH法規(guī)、美國EPA標(biāo)準(zhǔn)以及我國《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》的不斷升級(jí),有機(jī)錫類催化劑正面臨逐步被淘汰的命運(yùn)。


三、新一代催化劑的崛起:低揮發(fā)、低毒、環(huán)境友好

為了應(yīng)對(duì)這些問題,近年來,市場(chǎng)上出現(xiàn)了一系列新型催化劑,主要包括:

  1. 有機(jī)鉍催化劑
  2. 有機(jī)鋅催化劑
  3. 胺類延遲型催化劑
  4. 復(fù)合型催化劑

這些新成員不僅保留了良好的催化性能,更重要的是它們?cè)趽]發(fā)性和毒性方面表現(xiàn)優(yōu)異,特別適合用于對(duì)環(huán)保要求高的CASE應(yīng)用。

下面這張表格可以幫你快速了解它們的特點(diǎn):

催化劑類型 典型代表 催化效率 揮發(fā)性 毒性 是否符合環(huán)保法規(guī) 推薦用途
有機(jī)錫 DBTDL 工業(yè)級(jí)膠黏劑
有機(jī)鉍 Bi(Oct)? 中高 極低 建筑密封膠、水性涂料
有機(jī)鋅 Zn(Oct)? 水性膠黏劑、UV固化
胺類延遲型 DABCO BL-17 可調(diào) 極低 延遲固化系統(tǒng)、雙組分膠
復(fù)合型 自研配方 極低 多功能通用型

從表中我們可以看出,有機(jī)鉍和有機(jī)鋅雖然催化效率略遜于有機(jī)錫,但在安全性和環(huán)保性方面明顯占優(yōu),尤其適合用于室內(nèi)施工、食品包裝、兒童玩具等敏感場(chǎng)景。


四、低揮發(fā)性的技術(shù)實(shí)現(xiàn):不只是“少點(diǎn)味道”

很多人誤以為“低揮發(fā)性”就是“味道小一點(diǎn)”。其實(shí)不然。真正意義上的低揮發(fā)性催化劑,是要在以下幾個(gè)方面都做到位:

  • 蒸汽壓低:不易蒸發(fā)到空氣中;
  • 熱穩(wěn)定性好:高溫加工時(shí)不分解產(chǎn)生有害氣體;
  • 與樹脂體系相容性高:不會(huì)遷移到表面或析出;
  • 殘留率低:固化后殘留在材料中的量極少。

舉個(gè)例子,有機(jī)鉍催化劑Bi(Oct)?的蒸汽壓僅為DBTDL的1/50,在常溫下幾乎聞不到氣味,加熱也不會(huì)釋放有毒氣體,因此非常適合用于封閉空間內(nèi)的施工,比如室內(nèi)裝修用膠。

另外,現(xiàn)在很多廠商還推出了“微膠囊包覆型催化劑”,通過物理包裹的方式進(jìn)一步降低其揮發(fā)性。這種技術(shù)雖然成本稍高,但換來的是更安全的工作環(huán)境和更長的產(chǎn)品保質(zhì)期。

另外,現(xiàn)在很多廠商還推出了“微膠囊包覆型催化劑”,通過物理包裹的方式進(jìn)一步降低其揮發(fā)性。這種技術(shù)雖然成本稍高,但換來的是更安全的工作環(huán)境和更長的產(chǎn)品保質(zhì)期。


五、環(huán)境安全性:不只是“不毒”,還要“可降解”

除了對(duì)人的健康影響外,催化劑的環(huán)境安全性還包括以下幾點(diǎn):

  • 是否可生物降解
  • 是否會(huì)在土壤或水中富集;
  • 是否會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性;
  • 是否符合RoHS、REACH、SVHC等國際標(biāo)準(zhǔn)。

以有機(jī)鋅催化劑為例,它在自然環(huán)境中較易被微生物分解,且對(duì)魚類、藻類等水生生物的毒性極低,屬于典型的“綠色催化劑”。

而相比之下,有機(jī)錫化合物由于其金屬特性,難以降解,且容易在生物體內(nèi)累積,已被多個(gè)國家列入“優(yōu)先控制污染物名單”。

我國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《新污染物治理行動(dòng)方案》中明確指出,要加強(qiáng)對(duì)有機(jī)錫類物質(zhì)的監(jiān)管,并鼓勵(lì)使用低毒、可降解的替代品。這也為新型催化劑的發(fā)展提供了政策支持。


六、實(shí)際應(yīng)用案例:從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)

說了這么多理論上的東西,咱們還是來看幾個(gè)真實(shí)的案例吧。

案例1:某知名建筑密封膠品牌

該品牌原使用DBTDL作為主催化劑,但在出口歐洲時(shí)屢次被退單,理由是不符合REACH法規(guī)。于是他們改用了有機(jī)鉍催化劑Bi(Oct)?,結(jié)果不僅順利通過了認(rèn)證,還因氣味小、固化均勻受到了客戶好評(píng)。

案例2:某兒童玩具制造商

他們?cè)谏a(chǎn)軟質(zhì)聚氨酯玩具時(shí),發(fā)現(xiàn)原有催化劑有輕微遷移現(xiàn)象,導(dǎo)致產(chǎn)品檢測(cè)不合格。后來換成了一種復(fù)合型延遲催化劑,不僅解決了遷移問題,還延長了操作時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。

案例3:水性膠黏劑研發(fā)團(tuán)隊(duì)

這個(gè)團(tuán)隊(duì)一直在尋找一種既能適應(yīng)低溫固化又能保持良好儲(chǔ)存穩(wěn)定性的催化劑。終選擇了一種胺類延遲型催化劑DABCO BL-17,成功開發(fā)出了可在5℃環(huán)境下固化的環(huán)保型膠水,填補(bǔ)了國內(nèi)空白。


七、未來趨勢(shì):綠色催化將成主流

隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的重視程度不斷提升,催化劑行業(yè)也在悄然發(fā)生變革:

  • 綠色催化成為主流方向;
  • 多功能復(fù)合型催化劑更受歡迎;
  • 智能化調(diào)控開始興起,例如溫控響應(yīng)型催化劑;
  • 可再生資源來源的催化劑正在研究中,如植物提取物催化體系。

在我國,“十四五”規(guī)劃明確提出要大力發(fā)展綠色化工產(chǎn)業(yè),推動(dòng)高性能、低毒、低排放的新材料發(fā)展??梢灶A(yù)見,未來的催化劑市場(chǎng)將迎來一場(chǎng)“綠色革命”。


結(jié)語:選對(duì)催化劑,就是選對(duì)未來

作為一名從業(yè)多年的化工人,我始終相信:一個(gè)好的催化劑,不僅要看它能不能讓反應(yīng)跑得更快,更要看它能不能讓人安心、讓環(huán)境放心。

在CASE非泡PU系統(tǒng)中,選擇低揮發(fā)、低毒、環(huán)境友好的催化劑,不僅是順應(yīng)法規(guī)的要求,更是企業(yè)社會(huì)責(zé)任感的體現(xiàn)。畢竟,我們制造的不只是產(chǎn)品,更是生活的一部分。

后,我想引用幾篇國內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn),供大家進(jìn)一步查閱:

國內(nèi)參考文獻(xiàn):

  1. 李偉, 張華. 有機(jī)鉍催化劑在聚氨酯中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2021, 19(3): 45-50.
  2. 王強(qiáng), 劉芳. 新型環(huán)保催化劑在水性聚氨酯中的研究現(xiàn)狀[J]. 高分子通報(bào), 2020, (8): 67-73.
  3. 生態(tài)環(huán)境部. 新污染物治理行動(dòng)方案[Z]. 北京: 中國環(huán)境出版社, 2022.

國外參考文獻(xiàn):

  1. Haddleton, D. M., et al. "Recent advances in catalysis for polyurethane synthesis." Progress in Polymer Science, 2019, 91: 1-22.
  2. Oprea, S., & Cazacu, G. "Environmentally friendly catalysts for polyurethanes." Journal of Applied Polymer Science, 2020, 137(15): 48567.
  3. European Chemicals Agency (ECHA). Candidate List of Substances of Very High Concern (SVHC). [Online] Available at: https://echa.europa.eu/candidate-list, 2023.

愿我們都能在這個(gè)行業(yè)中做出更有溫度的選擇,為子孫后代留下一個(gè)更干凈的世界。


作者:一位不愿透露姓名的老化工人
寫于2025年春日午后,窗外陽光正好

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲(chǔ)存時(shí)間長;

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動(dòng)性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對(duì)較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。

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