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延迟催化剂_聚氨酯催化剂-新典化学

聚氨酯弹性体生产中催化剂的选择

2013/4/10 10:42:17      点击:

作者:窦凯(转载请注明作者)


    所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温,扯断伸长率>50%,外力撤出后复原性比较好的高分子材料。而玻璃化温度高于室温的高分子材料成为塑料。在弹性体中,其扯断伸长率较大(>200%)、100%定伸应力较小(如<30MPa)、弹性较好的可称为橡胶。

    聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类,其原料种类繁多,配方多种多样,可调范围很大。聚氨酯弹性体的性能范围很宽,是介于从橡胶到塑料的一类高分子材料。

在弹性体的生产过程中为了提高异氰酸酯的化学反应速度,一般可从两方面考虑。其一,选择活性较高的原料和提高反应速度;其二,添加催化剂,促进反应按预期的方向和速度进行。

可见为了提高生产效率同时又能为客户提供更方便使用的产品,要选择更适合体系的产品。在此我们来对弹性体常用的多种催化剂的优缺点进行对比分析:

1.有机锡化合物

    弹性体中最常用的有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡和辛酸亚锡。这两支催化剂在使用中都有明显的缺陷:二月桂酸二丁基锡的毒性过大,从环保方面考虑,慢慢的会被淘汰。而辛酸亚锡的使用中又存在不耐水解,使用储存不方便等问题。

    同时在两者产品活性的对比中(如表一),我们发现,无论是在芳香族异氰酸酯体系还是脂肪族异氰酸酯体系,辛酸亚锡对凝胶反应的催化活性均不如二月桂酸二丁基锡。

表一

催化剂 凝胶时间/min
TDI MDI H12MDI HDI IPDI
辛酸亚锡 10 4 15 8 90
二月桂酸二丁基锡 5 1 5 2 15


2.有机叔胺

    在聚氨酯工业中,最长见的有机胺为三乙烯二胺,同时像DBU、哌嗪类、咪唑类产品也有部分应用。

五分pk拾     三乙烯二胺的凝胶/发泡速率比为2:3,因此常用于鞋底浆料、皮革浆料等微孔弹性的生产。在一些对气泡要求更严格的行业三乙烯二胺的使用被严重制约。同时像哌嗪类及咪唑类产品也存在类似问题。

    而DBU的凝胶发泡/速率比为7:3,似乎更适于弹性体的生产,但在使用过程中,我们发现DBU碱性过强,加入体系中会存在局部凝胶过快,产品流动性变差的状况,不宜大规模生产使用。


3。有机铵盐

    在弹性体的生产过程中,由于工艺等原因,对产品的流动性前期操作时间有了更高的要求,因为一批有机胺盐应运而生。

    DC-8154作为三乙烯二胺的有机酸盐,因其发泡速率偏高主要用于鞋底浆料等微孔弹性体行业。

    而DBU改性物因其种类繁多、不同成盐物质的凝胶发泡速率比不同以及环保性,因此逐渐被广泛的应用。下面根据实验数据详细分析各种DBU盐催化剂特点。

I.DC-808【新典化学材料(上海)有限公司产品牌号,下同】

   DC-808是一种针对脂环族、脂肪族异氰酸酯体系的弹性体催化剂,其拥有出色的催化活性,在70℃左右时催化速率大大提高,活性较有机锡产品倍增,特别适合IPDI、H12MDI体系。

II.DC-820

    白色蜡状固体。凝胶/发泡速率比为9:1,特别适用于不发泡聚氨酯弹性体体系,同时其高温强凝胶型,也适用于要求快速熟化产品。

III。DC-823

    DC-823的凝胶/发泡速率与三乙烯二胺相近,适用于微孔弹性体的生产,因其为DBU盐所以再使用前提拥有更出色的流动性,而在温度达到70℃左右,催化活性可以是三乙烯二胺的5-8倍,迅速催化产品熟化,加速脱模,提高生产效率。

IV.DC-829

五分pk拾     淡黄色粘稠状物质,凝胶/发泡速率比为4:1,在产品体系中,可以赋予较好的低温流动性,60℃后产品熟化速度明显快。

V.DC-835

    DBU衍生物中低温稳定性最好的盐,低于40℃产品活性极低,在温度达到或超过活化温度后催化剂活性被释放出来。

VI。DC-890

    强凝胶热敏型DBU盐,25℃条件下活性为二月桂酸二丁基锡的60%左右,在温度升至70℃活性增大100倍以上,同时发泡速率没有明显提高,特别适用于快速脱模弹性体领域。

    在有机胺盐的测试中,研究发现无论何种DBU盐在60℃以上时,均比同等温度下的二月桂酸二丁基锡活性要高的多;同时无论是三乙烯二胺盐还是DBU盐,亦或者其他铵盐,都比较难做到低温绝对的贮存稳定性,因此有机胺盐目前在预聚体的合成和双组份体系中有着的更广泛的应用,在单组份聚氨酯体系的应用尚需要聚氨酯催化剂从业者的开发。


4。重金属催化剂

    除以上常见催化剂外,弹性体制造中也经常会使用到锌、汞、钴、铁、铅等金属有机化合物作为催化剂。

    但多数此类催化剂都有一定毒性,会给生产者及使用者身体带来较大的伤害,因此在使用上被大大制约。同时像铅汞类催化剂,因其毒性较大,逐渐被市场淘汰,所以寻找合适的替代品迫在眉睫。


五分pk拾     随着经济发展社会的进步,聚氨酯弹性体的应用领域逐年增大,聚氨酯产品对环保及施工领域等提出了更高的要求,因此聚氨酯催化剂的开发及选择在弹性体生产中的重要性也日趋重要。聚氨酯弹性体催化剂也终将沿着环保化、高效化、细分化等特性发展出更适宜的产品来。


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