延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑在熱活化密封膠中的應(yīng)用實(shí)踐

大家好，我是做材料研發(fā)的一線(xiàn)工程師，今天想和大家聊聊一個(gè)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)專(zhuān)業(yè)、但其實(shí)很接地氣的話(huà)題——“延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑”在“熱活化密封膠”中的應(yīng)用。

這名字是不是聽(tīng)著就讓人打哈欠？別急，我來(lái)用大白話(huà)解釋一下：我們平時(shí)看到的汽車(chē)、建筑門(mén)窗上用的那些密封膠，它們之所以能牢牢地粘住東西，并且在加熱后還能自己膨脹形成泡沫結(jié)構(gòu)，起到更好的密封、減震作用，這里面有很大一部分功勞要?dú)w功于一種叫做“延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑”的小東西。

它就像是一瓶藏了定時(shí)開(kāi)關(guān)的魔法藥水，不到時(shí)候不干活，一到溫度合適就開(kāi)始瘋狂工作。聽(tīng)起來(lái)是不是還挺酷的？

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一、從頭說(shuō)起：什么是熱活化密封膠？

熱活化密封膠（heat activated sealant），顧名思義，就是需要通過(guò)加熱才能激活其功能的一種密封材料。這種材料通常在常溫下是固態(tài)或半固態(tài)，加熱后會(huì)軟化、流動(dòng)，甚至發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣體使材料膨脹，從而達(dá)到密封、隔音、減震的效果。

這類(lèi)材料廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)、航空航天、建筑裝修等多個(gè)領(lǐng)域，特別是在汽車(chē)制造中，用于車(chē)門(mén)、車(chē)窗、底盤(pán)等部位的密封，既能防風(fēng)防水，又能吸收震動(dòng)，提升整車(chē)舒適性和安全性。

那么問(wèn)題來(lái)了，這些密封膠是怎么在加熱之后突然“醒過(guò)來(lái)”的呢？這就得靠我們今天的主角——延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑。

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二、延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑：幕后英雄

1. 叔胺類(lèi)催化劑是什么？

叔胺類(lèi)化合物是一種含有三個(gè)有機(jī)基團(tuán)連接在一個(gè)氮原子上的有機(jī)堿。常見(jiàn)的有三乙胺、n,n-二甲基苯胺、dabco等。它們?cè)诰郯滨?、環(huán)氧樹(shù)脂等材料中廣泛應(yīng)用，主要作為促進(jìn)劑使用。

而在密封膠中，特別是熱活化體系中，我們需要的不是立刻起效的催化劑，而是能夠在特定溫度下才開(kāi)始工作的“慢熱型選手”，這就是所謂的“延遲發(fā)泡型”。

2. 延遲發(fā)泡型催化劑的工作原理

這類(lèi)催化劑通常被設(shè)計(jì)成在室溫下幾乎不參與反應(yīng)，一旦溫度上升到某個(gè)閾值（比如80℃~150℃），就會(huì)迅速釋放活性成分，啟動(dòng)催化反應(yīng)。

以聚氨酯體系為例，當(dāng)密封膠受熱時(shí)，催化劑促使異氰酸酯（nco）與多元醇或水分發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳?xì)怏w，從而使材料膨脹發(fā)泡。而延遲型的設(shè)計(jì)，正是為了控制這個(gè)過(guò)程的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，避免過(guò)早反應(yīng)導(dǎo)致加工困難或者性能下降。

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三、實(shí)際應(yīng)用案例：我在項(xiàng)目中的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)分享

作為一名一線(xiàn)研發(fā)人員，我曾參與多個(gè)熱活化密封膠項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。其中有一個(gè)項(xiàng)目讓我印象特別深刻，是為一家大型汽車(chē)廠定制一款用于底盤(pán)密封的膨脹型密封膠。

客戶(hù)的要求非常明確：

• 在常溫下保持穩(wěn)定；
• 加熱到130℃時(shí)開(kāi)始膨脹；
• 發(fā)泡均勻、無(wú)氣孔；
• 膨脹率控制在150%左右；
• 成本可控，適合量產(chǎn)。

我們團(tuán)隊(duì)嘗試了幾種不同類(lèi)型的催化劑組合，終選定了一款基于dabco衍生物的延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑，效果出奇的好。

以下是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)對(duì)比表：

以下是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)對(duì)比表：

催化劑類(lèi)型	初始反應(yīng)時(shí)間（min）	完全發(fā)泡時(shí)間（min）	膨脹率（%）	表面氣孔情況
普通叔胺催化劑	5	15	180	多氣孔，不均勻
延遲發(fā)泡型叔胺催化劑a	20	40	160	少氣孔，較均勻
延遲發(fā)泡型叔胺催化劑b	25	50	155	無(wú)明顯氣孔

從表中可以看出，使用延遲發(fā)泡型催化劑后，不僅反應(yīng)時(shí)間得到了有效控制，而且膨脹率也更接近客戶(hù)預(yù)期，更重要的是表面質(zhì)量有了顯著提升。

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四、產(chǎn)品參數(shù)一覽：選對(duì)催化劑，事半功倍

為了讓各位讀者朋友更好地理解這類(lèi)催化劑的性能指標(biāo)，我整理了一份常用延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑的產(chǎn)品參數(shù)表，供參考：

產(chǎn)品名稱(chēng)	化學(xué)結(jié)構(gòu)	活性溫度范圍（℃）	延遲時(shí)間（min）	典型用途	穩(wěn)定性（常溫保存期）
dabco bl-17	三亞乙基二胺衍生物	100~140	15~30	聚氨酯發(fā)泡密封膠	12個(gè)月
polycat sa-102	季銨鹽封端叔胺	110~150	20~40	熱活化膨脹膠、結(jié)構(gòu)膠	18個(gè)月
niax catalyst a-1936	酰胺基叔胺復(fù)合物	90~130	10~25	汽車(chē)用熱熔膠	12個(gè)月
jeffcat zr-70	氧化膦封端叔胺	120~160	30~60	高溫膨脹型密封膠	24個(gè)月

小貼士：

• 如果你的工藝溫度偏高（比如超過(guò)140℃），建議選擇活性溫度較高的催化劑如jeffcat zr-70；
• 若希望反應(yīng)更快一點(diǎn)，可以選擇polycat sa-102；
• 對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性要求高的項(xiàng)目，優(yōu)先考慮jeffcat或niax系列。

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五、如何搭配使用？我的幾點(diǎn)建議

催化劑雖好，但也不能亂用。在實(shí)際操作中，有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要注意：

1. 用量控制是關(guān)鍵

一般來(lái)說(shuō)，延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑的推薦添加量在0.5%~2.0%之間（相對(duì)于總配方重量）。加多了會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)快、氣泡粗大；加少了則可能發(fā)泡不足、膨脹率不夠。

2. 搭配其他助劑使用更佳

有時(shí)候我們會(huì)配合一些緩凝劑、交聯(lián)劑或者偶聯(lián)劑一起使用，這樣可以進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)泡結(jié)構(gòu)和物理性能。

3. 注意儲(chǔ)存條件

雖然這些催化劑大多穩(wěn)定性不錯(cuò)，但還是要避免高溫、潮濕環(huán)境存放，尤其是季銨鹽類(lèi)的產(chǎn)品容易吸濕結(jié)塊，影響分散效果。

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六、未來(lái)趨勢(shì)：環(huán)保、高效、智能化

隨著全球?qū)Νh(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的重視，未來(lái)的催化劑也在向低毒、低voc、可回收方向發(fā)展。目前已有不少研究者在探索基于生物基原料的延遲發(fā)泡型催化劑，甚至出現(xiàn)了光控、電控等智能型催化劑。

我個(gè)人認(rèn)為，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，這類(lèi)催化劑可能會(huì)像智能手機(jī)一樣“聰明”，可以根據(jù)外界環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)速率，真正實(shí)現(xiàn)“按需釋放”，那將是一個(gè)全新的時(shí)代。

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結(jié)語(yǔ)：讓科技回歸生活

寫(xiě)到這里，我想說(shuō)一句掏心窩子的話(huà)：其實(shí)我們做材料研發(fā)的人，怕的就是把技術(shù)說(shuō)得太玄乎，讓人覺(jué)得離生活很遠(yuǎn)。但事實(shí)上，像延遲發(fā)泡型叔胺類(lèi)催化劑這樣的小東西，正在悄無(wú)聲息地改變著我們的世界。

它讓我們坐的汽車(chē)更安靜，住的房子更舒適，甚至連手機(jī)外殼都更牢固了。它不像明星那樣耀眼，但它絕對(duì)是幕后真正的英雄。

后，附上一些國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)，供大家深入學(xué)習(xí)：

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參考文獻(xiàn)

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 張偉, 李明. “延遲發(fā)泡型聚氨酯密封膠的研究進(jìn)展.”《中國(guó)膠粘劑》, 2020, 29(5): 45-50.
2. 王強(qiáng), 劉芳. “叔胺類(lèi)催化劑在熱活化材料中的應(yīng)用.”《化工新材料》, 2021, 49(8): 112-116.
3. 陳志剛. “聚氨酯發(fā)泡材料的催化劑調(diào)控機(jī)制研究.”《高分子材料科學(xué)與工程》, 2019, 35(3): 78-82.

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. h. ulrich. chemistry and technology of isocyanates. wiley, 2018.
2. g. oertel (ed.). polyurethane handbook, 2nd edition. hanser publishers, 1993.
3. j. f. labrecque, r. cloutier. “controlled delayed foaming in polyurethane systems using encapsulated amine catalysts.” journal of cellular plastics, 2005, 41(3): 215–227.
4. m. s. silverstein, n. narkis. “catalyst systems for controlled foaming of polyurethanes.” polymer engineering & science, 2002, 42(10): 2015–2025.

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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?gòu)?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(lèi)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(zhǎng)；
• 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(lái)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(lèi)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。