四甲基丙二胺的市場(chǎng)需求與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

文 / 林遠(yuǎn)

一、引子：從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線的“小分子大能量”

在化學(xué)的世界里，有些化合物像明星一樣光芒四射，比如苯、、聚乙烯；而有些則默默無(wú)聞，卻在幕后撐起整個(gè)工業(yè)的骨架。四甲基丙二胺（tetramethylpropanediamine，簡(jiǎn)稱tmpda），就是這樣一個(gè)“低調(diào)的實(shí)干派”。

你可能沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)它，但它早已悄悄滲透進(jìn)你生活的方方面面——從你用的涂料、膠水，到你坐的汽車座椅，甚至你家裝修時(shí)用的環(huán)氧樹(shù)脂地板，背后都可能有它的身影。它不像那樣能讓你微醺，也不像聚乙烯那樣能裝下整個(gè)超市的零食，但它是個(gè)不折不扣的“反應(yīng)加速器”和“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定器”，在有機(jī)合成、高分子材料、醫(yī)藥中間體等領(lǐng)域扮演著“催化劑中的催化劑”。

今天，咱們就來(lái)聊聊這個(gè)“化學(xué)界的幕后英雄”——四甲基丙二胺，看看它的市場(chǎng)需求如何，技術(shù)又在往哪兒跑，順便扒一扒它的“家底”和“朋友圈”。

二、tmpda是什么？先來(lái)個(gè)“自我介紹”

四甲基丙二胺，化學(xué)式為c7h18n2，分子量130.23，是一種無(wú)色至淡黃色的液體，帶有輕微的氨味。它的結(jié)構(gòu)非?！皩?duì)稱”——兩個(gè)氮原子分別連著兩個(gè)甲基，中間由一個(gè)丙基橋接，像是化學(xué)世界里的“雙胞胎兄弟手拉手”。

它的物理化學(xué)參數(shù)如下表所示：

參數(shù)名稱	數(shù)值/描述
化學(xué)名稱	四甲基丙二胺（tmpda）
分子式	c7h18n2
分子量	130.23 g/mol
外觀	無(wú)色至淡黃色透明液體
沸點(diǎn)	約170–175°c（常壓）
熔點(diǎn)	約 -50°c
密度	約0.80 g/cm3（20°c）
溶解性	易溶于水、、等極性溶劑
pka值（共軛酸）	約9.8（堿性較強(qiáng)）
閃點(diǎn)	約65°c（閉杯）
危險(xiǎn)性	腐蝕性，刺激皮膚和呼吸道

從這些數(shù)據(jù)可以看出，tmpda是個(gè)“脾氣有點(diǎn)沖”的家伙——堿性較強(qiáng)，遇水放熱，操作時(shí)得戴手套、開(kāi)通風(fēng)櫥，不然它能讓你打噴嚏打到懷疑人生。但正是這種“沖勁”，讓它在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)搶眼。

三、市場(chǎng)現(xiàn)狀：小眾但剛需，需求穩(wěn)步爬坡

別看tmpda的名字拗口，市場(chǎng)可不小。根據(jù)中國(guó)化工信息中心2023年的報(bào)告，全球tmpda年產(chǎn)量約在8000–10000噸之間，主要集中在北美、西歐和東亞。其中，中國(guó)是大的生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，占全球產(chǎn)能的45%以上。

它的下游應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)領(lǐng)域：

應(yīng)用領(lǐng)域	主要用途	占比（估算）
環(huán)氧樹(shù)脂固化劑	提高固化速度，改善低溫性能	40%
聚氨酯催化劑	促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)，調(diào)節(jié)泡沫結(jié)構(gòu)	25%
有機(jī)合成中間體	合成藥物、農(nóng)藥、染料等	15%
表面活性劑	制備季銨鹽類陽(yáng)離子表面活性劑	10%
其他	電子化學(xué)品、水處理劑、實(shí)驗(yàn)室試劑等	10%

從表中可以看出，環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯是tmpda的“兩大飯碗”。尤其是風(fēng)電葉片、新能源汽車電池封裝、建筑防水材料等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅墉h(huán)氧樹(shù)脂的需求激增，直接拉動(dòng)了tmpda的用量。

舉個(gè)例子：一臺(tái)5兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉片用的環(huán)氧樹(shù)脂就得用上好幾噸，而每噸樹(shù)脂里可能就要加入1–3公斤的tmpda作為固化促進(jìn)劑。全國(guó)一年新增風(fēng)電裝機(jī)容量超過(guò)50吉瓦，算下來(lái)，光風(fēng)電這一項(xiàng)，tmpda的需求就至少上千噸。

再比如新能源汽車。電池包的密封膠、電機(jī)絕緣漆、車身結(jié)構(gòu)膠，很多都依賴環(huán)氧體系。隨著“電動(dòng)化”浪潮席卷全球，車企對(duì)快速固化、耐高溫、低收縮的膠黏劑需求猛增，tmpda自然水漲船高。

四、技術(shù)趨勢(shì)：從“粗放”到“精細(xì)”，綠色化成主旋律

如果說(shuō)十年前的tmpda生產(chǎn)還停留在“能做出來(lái)就行”的階段，那現(xiàn)在，行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了“既要產(chǎn)量，更要品質(zhì)和環(huán)?！钡男聲r(shí)代。

1. 合成工藝的升級(jí)

傳統(tǒng)的tmpda合成路線是丙二胺與甲醛在催化劑作用下發(fā)生甲基化反應(yīng)。這個(gè)方法雖然成熟，但副產(chǎn)物多，收率低（一般60–70%），而且用到的催化劑多為強(qiáng)酸或重金屬，環(huán)保壓力大。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)開(kāi)始嘗試“氣相催化法”和“固載催化劑法”。比如江蘇某化工企業(yè)開(kāi)發(fā)的銅-鋅-鋁復(fù)合氧化物催化劑，不僅將收率提升到85%以上，還能循環(huán)使用20次以上，大幅降低了廢渣排放。

更前沿的路線是“電化學(xué)合成法”——利用電能驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)選擇性甲基化。雖然目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段，但一旦工業(yè)化，有望徹底擺脫對(duì)有毒試劑的依賴。

2. 產(chǎn)品精細(xì)化與功能化

市場(chǎng)不再滿足于“純度98%”這種粗放指標(biāo)?？蛻粢氖恰暗蜕取⒌退?、低金屬離子、高批次穩(wěn)定性”的高端產(chǎn)品。

于是，精餾提純技術(shù)成了競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。分子蒸餾、短程蒸餾、萃取精餾等手段被廣泛應(yīng)用。一些領(lǐng)先企業(yè)甚至能做到水分<100ppm，鐵離子<1ppm，色度（apha）<20，這樣的產(chǎn)品可以直接用于電子級(jí)封裝材料。

此外，功能化改性也成為趨勢(shì)。比如將tmpda與環(huán)氧基團(tuán)預(yù)反應(yīng)，做成“潛伏型固化劑”，在常溫下穩(wěn)定，加熱后才釋放活性，特別適合預(yù)混膠和單組分體系。這種“聰明”的化學(xué)品，正在成為高端市場(chǎng)的香餑餑。

此外，功能化改性也成為趨勢(shì)。比如將tmpda與環(huán)氧基團(tuán)預(yù)反應(yīng)，做成“潛伏型固化劑”，在常溫下穩(wěn)定，加熱后才釋放活性，特別適合預(yù)混膠和單組分體系。這種“聰明”的化學(xué)品，正在成為高端市場(chǎng)的香餑餑。

3. 綠色與可持續(xù)發(fā)展

歐盟reach法規(guī)、美國(guó)tsca、中國(guó)“雙碳”目標(biāo)，都在倒逼化工企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。tmpda的生產(chǎn)也不例外。

目前，行業(yè)正在探索“生物基原料替代”路徑。比如用生物法生產(chǎn)的1,3-丙二胺為起始原料，再進(jìn)行甲基化，雖然成本高，但碳足跡比石油基路線低30%以上。德國(guó)和荷蘭avantium公司已開(kāi)展相關(guān)研究。

同時(shí)，廢水處理技術(shù)也在升級(jí)。傳統(tǒng)的酸堿中和+生化處理，對(duì)含氮有機(jī)廢水效果有限?，F(xiàn)在越來(lái)越多企業(yè)采用“高級(jí)氧化+膜分離”組合工藝，cod去除率可達(dá)95%以上，出水可回用，真正實(shí)現(xiàn)“零排放”。

五、挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

當(dāng)然，tmpda的路也不是一帆風(fēng)順。

首先是原料波動(dòng)。tmpda的上游是丙二胺和甲醛，而丙二胺的原料丙烯腈受原油價(jià)格影響大。2022年俄烏沖突期間，歐洲丙烯腈價(jià)格一度暴漲40%，直接導(dǎo)致tmpda成本飆升，不少中小企業(yè)叫苦連天。

其次是同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)有大小二十多家tmpda生產(chǎn)商，但真正掌握核心技術(shù)的不到五家。大多數(shù)企業(yè)還在拼價(jià)格、拼產(chǎn)能，導(dǎo)致利潤(rùn)率長(zhǎng)期在10%以下，難以投入研發(fā)。

再者是替代品威脅。比如二甲基環(huán)己胺（dmcha）、五甲基二亞乙基三胺（pmdeta）等新型催化劑，在某些聚氨酯體系中表現(xiàn)更優(yōu)，價(jià)格也更低。雖然tmpda在環(huán)氧領(lǐng)域仍具不可替代性，但在其他領(lǐng)域正面臨擠壓。

但挑戰(zhàn)背后，機(jī)遇更大。

首先是高端進(jìn)口替代。目前我國(guó)高端電子級(jí)、醫(yī)藥級(jí)tmpda仍有30%依賴進(jìn)口，主要來(lái)自德國(guó)、美國(guó)、日本三菱。隨著國(guó)產(chǎn)技術(shù)突破，這部分市場(chǎng)正加速國(guó)產(chǎn)化。

其次是新興應(yīng)用拓展。比如在鋰電池電解液添加劑中，tmpda的衍生物可作為sei膜穩(wěn)定劑；在co2捕集領(lǐng)域，其多胺結(jié)構(gòu)對(duì)二氧化碳有較強(qiáng)吸附能力，有望用于碳捕集溶劑。這些新方向一旦成熟，將打開(kāi)全新的市場(chǎng)空間。

六、未來(lái)展望：小分子的“大未來(lái)”

展望未來(lái)五年，tmpda的全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以年均6–8%的速度增長(zhǎng)，到2028年市場(chǎng)規(guī)模有望突破15億元人民幣。增長(zhǎng)動(dòng)力主要來(lái)自：

• 風(fēng)電、光伏等新能源基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)擴(kuò)張；
• 新能源汽車對(duì)高性能膠黏劑的需求；
• 電子封裝材料向高密度、高可靠性發(fā)展；
• 發(fā)展中國(guó)家工業(yè)化進(jìn)程帶來(lái)的基礎(chǔ)材料需求。

技術(shù)上，行業(yè)將朝著“高效、綠色、智能”三個(gè)方向邁進(jìn)：

• 高效：開(kāi)發(fā)更高活性、更長(zhǎng)儲(chǔ)存期的改性產(chǎn)品；
• 綠色：推廣生物基原料、低能耗工藝、零排放生產(chǎn)；
• 智能：結(jié)合ai優(yōu)化反應(yīng)路徑，實(shí)現(xiàn)“分子設(shè)計(jì)—合成—應(yīng)用”一體化。

可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的tmpda不再是簡(jiǎn)單的“化工中間體”，而是智能化材料體系中的“功能模塊”，在更復(fù)雜的化學(xué)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮“神經(jīng)元”般的作用。

七、結(jié)語(yǔ)：致敬每一個(gè)默默發(fā)光的分子

寫到這里，我忽然想起大學(xué)時(shí)做有機(jī)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景。那天我手抖加多了tmpda，結(jié)果反應(yīng)釜“咕嘟”一下冒泡，差點(diǎn)把通風(fēng)櫥染成黃色。導(dǎo)師沒(méi)罵我，反而笑著說(shuō)：“這東西脾氣是大了點(diǎn)，但沒(méi)它，很多反應(yīng)根本跑不動(dòng)。”

是啊，化學(xué)世界里，沒(méi)有哪個(gè)分子是真正“小”的。就像tmpda，它不耀眼，不喧嘩，卻在無(wú)數(shù)個(gè)清晨和深夜，安靜地推動(dòng)著反應(yīng)的進(jìn)行，支撐著材料的成型，守護(hù)著產(chǎn)品的性能。

它不像石墨烯那樣被媒體追捧，也不像mrna那樣改變醫(yī)學(xué)史，但它用自己的方式，參與了這個(gè)時(shí)代的進(jìn)步。

或許，真正的偉大，不在于被多少人看見(jiàn)，而在于你是否在自己的位置上，發(fā)出了應(yīng)有的光。

八、參考文獻(xiàn)

1. smith, j. a., & johnson, r. l. (2020). advanced amine catalysts in epoxy systems: performance and environmental impact. journal of applied polymer science, 137(15), 48765.
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7. se. (2021). sustainability report: chemicals for a circular economy. ludwigshafen: publications.
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10. 陳建國(guó), 王磊. (2022). 生物基多胺的合成與應(yīng)用前景. 《現(xiàn)代化工》, 42(6), 1–6.

（全文完）

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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。