聚氨酯催化剂的制备

背景及概述^[1]

聚氨酯涂料以其优良的机械性能、耐化学品性和极好的装饰性、耐磨性及干燥快等特点而得到广泛应用。较好的聚氨酯漆固化剂应具备的条件为：①颜色浅、粘度低、有足够的官能度和反应活性、且贮存稳定；②与羟基组份有很好的混溶性；③游离单体含量尽可能低，应小于0.5％；④生产工艺稳定，成本低，以增强竞争力。根据国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)1981年的定义：催化剂是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。可缩短反应时间，提高生产效率，选择性促进正反应、抑制副反应。在聚氨酯制品生产过程中，催化剂的主要功能有：促进链增长反应促进反应体系中某些化学反应的反应速率调节竞争反应，促进主反应，减缓或抑制副反应。聚氨酯材料是以多异氰酸酯、多元醇及其它稳定剂为原料，在一定温度下由催化剂催化反应制得的，，所述催化剂即为聚氨酯催化剂。

聚氨酯催化剂分类^[1]

1)按成分分类

叔胺类：脂肪胺、脂环胺、芳香胺、醇胺有机金属类：羧酸盐、金属烷基化合物

2)按作用效果划分

发泡催化剂、凝胶催化剂、平衡催化剂、三聚催化剂、延迟催化剂

3)按应用领域划分

软泡、硬泡、CASE

特点^[2]

1)胺类化合物对聚氨酯聚合反应的催化作用是通过胺的氮原子与异氯酸酯形成Ｒ－Ｎ＝ｃ＝〇使异酸酯的活化能大大降低而加快反应的，因此胺类化合物的催化活性大小与其氮原子上的电子云密度大小（碱性）成正比，与氮原子所连结的基团体积大小（空间效应）成反比。

2）由于聚氨酯的聚合反应是逐步加聚反应，反应程过中径基化合物（聚酯或聚酸）中的氨转移到异氛酸酯的氮原子上，使得碳氮双键打开而形成碳正离子与失去氨的哲基化合物（聚酯或聚酸）进行离子反应而结合成聚氨基甲酸酯，所单使异氯酸酯的活化能降低并不一定能加快聚合反应进行，只有在降低异酸酯的活化能的同时又使送基化合物（聚酯或聚離）活化而形成氨离子时，聚合反应才能加快，因此胺与哲基络合能力愈强，聚合反应进行得愈快。一般来说，对聚合反应催化活性大小的变化规律是：叔胺＞仲胺＞伯胺。

3）叔胺类催化剂

用于合成聚氨酯的催化剂虽然种类繁多，但常用于聚氨酯发泡的催化剂多为叔胺。叔胺类催化剂主要又可分为脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类和醇胺类及其较盐等化合物。通常所说的脂肪叔胺按其结构可分为单长链晓基二甲基叔胺，双长链烧基甲基叔胺及Ｈ长链焼基叔胺。叔胺中的单长链焼二甲基叔胺产量，占叔胺总产量的６０％Ｗ上，国内则达到８０％以上，而在脂肪族叔胺类催化剂中，使用较多的发泡催化剂则是双（二甲氨基乙基）酸、双－（３－二甲基丙氨基）胺、二甲氨丙基胺和Ｎ，Ｎ－二甲基苄胺（ＢＤＭＡ）。具有Ｎ，Ｎ－二烧基氨基離结构的醜胺是聚氨酯泡沫的广谱性催化剂Ｗ。它对聚氨酯发泡和凝胶反应均具有催化活性，尤其对发泡反应有较好的效果，反应灵敏度高，并且与有机锡催化剂的协同效应比Ｈ己撑二胺（ＴＥＤＡ）更好。双（二甲氨基己基）酸化作为高效叔胺催化剂，它对发泡和凝胶反应的催化效率分别是Ｈ乙撑二胺的1.5倍和1.1倍；几乎适用于所有泡沫塑料制品的生产，主要用于软质泡沫制品的生产，特别适合高回弹及ＲＩＭ制品。它的特点是催化活性大，发泡平稳，对锡具有较好的宽容度，配方易于调整，用它生产的制品回弹率，伸长率等理化性能优于其它产品。ＢＤＭＡＥＥ己经是聚氨酯生产的标配催化剂之一；使用该品对改善发泡工艺、提高质量特别有利。双－（3-－二甲基丙氨基）胺是一种促进表面固化的反应性催化剂，主要用于模塑软泡和半硬泡，也用于聚酸型聚氨酯软块泡、聚氨酯ＣＡＳＥ材料。而Ｈ（二甲氨丙基）胺用于硬泡及模塑泡沫的低气味平衡催化剂，可用于喷涂聚氨酯硬泡体系，它可与ＤＢＵ盐配合使用，用于ＲＩＭ配方Ｎ，Ｎ－二甲基节胺在聚氨酯行业是聚酯型聚氨酯块状软泡、聚氨酯硬泡及胶黏剂涂料的催化剂，主要用于硬泡，可使聚氨酯泡沫具有良好的前期流动性和均匀的泡孔，泡沫体与基材间有较好的粘结力。

制备^[1]

脂肪叔胺的制造方法按原料可大致分为脂肪酸法、醇法，适于工业生产的制造方法可分为图示的方法。这些制造方法在工艺和质量方面各有特色。

主要参考资料

[1] 三分钟看懂聚氨酯催化剂

[2] 浅析催化剂对聚氨酯合成的影响