延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑在預(yù)涂膠與預(yù)浸料中的應(yīng)用探析

在聚氨酯的世界里，催化劑就像是廚房里的調(diào)味料——少了它，材料就“沒味道”；多了它，可能直接“燒糊了”。而在眾多催化劑中，延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑就像是一位深藏不露的高手，既能在關(guān)鍵時(shí)刻出手，又不會(huì)過早地?cái)嚲?。尤其在預(yù)涂膠和預(yù)浸料的應(yīng)用中，它的表現(xiàn)更是可圈可點(diǎn)。

今天我們就來聊聊這個(gè)“低調(diào)但有實(shí)力”的角色，看看它是如何在預(yù)涂膠和預(yù)浸料領(lǐng)域中大展身手的。

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一、什么是延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑？

首先，我們得先認(rèn)識(shí)一下這位主角。顧名思義，“延遲發(fā)泡型”意味著它不會(huì)馬上起作用，而是等到合適的時(shí)機(jī)才開始推動(dòng)反應(yīng)。“叔胺類”則是指其化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有三個(gè)碳原子連接到氮原子上的胺類化合物。

這類催化劑的主要功能是促進(jìn)異氰酸酯與水之間的反應(yīng)（也就是發(fā)泡反應(yīng)），同時(shí)也能促進(jìn)異氰酸酯與多元醇之間的凝膠反應(yīng)。但在延遲發(fā)泡型的設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)在于控制發(fā)泡反應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，使其在加工過程中不至于太早發(fā)生，從而影響制品的成型質(zhì)量。

常見的延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑包括：

• DMEA（二甲基胺）
• DMCHA（二甲基環(huán)己胺）
• BDMAEE（雙（二甲氨基乙基）醚）
• PC-5（五甲基二亞乙基三胺）

這些催化劑各有所長(zhǎng)，在不同的體系中有不同的表現(xiàn)。它們通常用于軟泡、硬泡、噴涂泡沫以及復(fù)合材料等領(lǐng)域。

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二、預(yù)涂膠與預(yù)浸料：你了解多少？

在談催化劑之前，我們得先搞清楚預(yù)涂膠和預(yù)浸料到底是什么東西。

1. 預(yù)涂膠（Pre-coated Adhesive）

預(yù)涂膠是指在制造過程中，預(yù)先將膠粘劑涂覆在某種基材上（如織物、紙張、金屬箔等），以便后續(xù)使用時(shí)無需再現(xiàn)場(chǎng)涂布。這種工藝廣泛應(yīng)用于電子封裝、汽車內(nèi)飾、建筑裝飾等領(lǐng)域。

2. 預(yù)浸料（Prepreg）

預(yù)浸料是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的一種前驅(qū)體，通常是將樹脂預(yù)先浸漬到纖維（如玻璃纖維、碳纖維）中，然后經(jīng)過干燥處理制成半成品。預(yù)浸料在航空航天、體育器材、風(fēng)電葉片等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

這兩者的共同點(diǎn)在于：都需要在一定條件下進(jìn)行固化或發(fā)泡反應(yīng)，而反應(yīng)的速度和順序?qū)K產(chǎn)品的性能至關(guān)重要。因此，選擇合適的催化劑就成了關(guān)鍵中的關(guān)鍵。

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三、延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑的“用武之地”

在預(yù)涂膠和預(yù)浸料中，催化劑的作用不僅僅是加速反應(yīng)，更重要的是控制反應(yīng)的時(shí)間窗口。如果反應(yīng)太快，可能會(huì)導(dǎo)致膠層提前固化或發(fā)泡不均；如果太慢，則可能影響生產(chǎn)效率。

1. 在預(yù)涂膠中的應(yīng)用

預(yù)涂膠一般是在高溫或常溫下進(jìn)行固化的。使用延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑，可以在加熱后激活催化效果，使得膠粘劑在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成交聯(lián)反應(yīng)，而不至于在儲(chǔ)存或運(yùn)輸過程中提前失效。

舉個(gè)例子，比如在汽車內(nèi)飾中使用的熱熔膠預(yù)涂層，加入適量的延遲型叔胺催化劑后，可以保證在生產(chǎn)線加熱時(shí)迅速固化，而在室溫下保持較長(zhǎng)的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

舉個(gè)例子，比如在汽車內(nèi)飾中使用的熱熔膠預(yù)涂層，加入適量的延遲型叔胺催化劑后，可以保證在生產(chǎn)線加熱時(shí)迅速固化，而在室溫下保持較長(zhǎng)的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

表1：幾種常用延遲型叔胺催化劑在預(yù)涂膠中的性能對(duì)比

催化劑名稱	延遲時(shí)間（s）	固化溫度范圍（℃）	儲(chǔ)存穩(wěn)定性（月）	典型應(yīng)用場(chǎng)景
DMEA	30~60	80~120	6~12	汽車內(nèi)飾膠帶
DMCHA	45~90	70~110	6~9	電子封裝材料
BDMAEE	60~120	90~130	12+	熱壓復(fù)合板
PC-5	30~50	60~100	6	快速固化膠條

從表中可以看出，不同催化劑適用于不同的工藝條件。例如，BDMAEE雖然延遲時(shí)間較長(zhǎng)，但儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，適合需要長(zhǎng)時(shí)間保存的產(chǎn)品；而PC-5則更適合需要快速反應(yīng)的場(chǎng)合。

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2. 在預(yù)浸料中的應(yīng)用

預(yù)浸料的關(guān)鍵在于樹脂的流動(dòng)性與固化行為。延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑在這里扮演的角色更像是一個(gè)“節(jié)奏控制器”，它能確保樹脂在加熱初期仍具有良好的流動(dòng)性，便于在模具中充分鋪展；隨后在溫度升高時(shí)逐步啟動(dòng)催化反應(yīng)，使樹脂完成凝膠和固化。

特別是在真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）工藝中，延遲催化劑的作用尤為明顯。它可以避免樹脂在灌注過程中提前凝膠，從而提高成品的孔隙率控制能力。

表2：延遲型叔胺催化劑在預(yù)浸料中的典型參數(shù)對(duì)照表

催化劑名稱	初始粘度（mPa·s）	凝膠時(shí)間（min）@80℃	固化溫度（℃）	纖維適配性	應(yīng)用領(lǐng)域
DMEA	1500	20	100~120	玻璃纖維	風(fēng)電葉片
DMCHA	1800	25	90~110	碳纖維	航空航天結(jié)構(gòu)件
BDMAEE	2000	30	110~130	芳綸纖維	高強(qiáng)度防護(hù)裝備
PC-5	1200	15	80~100	多種混合纖維	體育器材

可以看到，不同的催化劑對(duì)樹脂的初始粘度和凝膠時(shí)間都有顯著影響。例如，PC-5雖然凝膠時(shí)間短，但粘度較低，適合用于復(fù)雜形狀的體育器材預(yù)浸料；而BDMAEE則更適合高溫固化且對(duì)纖維要求較高的高端應(yīng)用。

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四、選對(duì)催化劑，事半功倍

在實(shí)際應(yīng)用中，選擇延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑并不是一件簡(jiǎn)單的事情。它需要綜合考慮以下幾個(gè)因素：

1. 工藝溫度：是否需要低溫活化？還是高溫催化？
2. 反應(yīng)時(shí)間控制：希望延遲多久？是幾分鐘還是幾十分鐘？
3. 儲(chǔ)存環(huán)境：產(chǎn)品是否需要長(zhǎng)期存放？是否暴露在高溫或潮濕環(huán)境中？
4. 成本控制：價(jià)格是否可控？是否有替代品？

此外，還要注意與其他助劑（如阻燃劑、穩(wěn)定劑、填料）之間的相容性。有時(shí)候，催化劑雖好，但如果與其他成分打架，也可能導(dǎo)致意想不到的問題。

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五、小劑量，大能量：用量建議

延遲型叔胺類催化劑的用量通常在0.1%~2.0%之間，具體取決于配方體系和工藝要求。以下是一些常見參考值：

表3：不同類型催化劑推薦添加量范圍（按總樹脂質(zhì)量百分比）

催化劑名稱	推薦用量范圍（%）	特點(diǎn)說明
DMEA	0.3~1.0	成本低，適合通用型預(yù)浸料
DMCHA	0.5~1.5	延遲效果明顯，適合高溫工藝
BDMAEE	0.4~1.2	流動(dòng)性好，適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)件
PC-5	0.2~0.8	反應(yīng)快，適合快速固化需求

需要注意的是，添加過多的催化劑不僅會(huì)增加成本，還可能導(dǎo)致過度催化，引發(fā)氣泡、焦化等問題。因此，在實(shí)際操作中，好通過小試驗(yàn)證后再放大生產(chǎn)。

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六、結(jié)語：催化劑不是萬能鑰匙，但它是開啟成功之門的重要工具

延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑雖然不像主料那樣顯眼，但它卻是決定預(yù)涂膠和預(yù)浸料成敗的關(guān)鍵之一。它像是一位沉默的指揮家，在幕后掌控著整個(gè)反應(yīng)的節(jié)奏，讓每一步都恰到好處。

在如今追求高性能、高效率的工業(yè)環(huán)境下，合理選擇并使用這類催化劑，不僅能提升產(chǎn)品質(zhì)量，還能優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低能耗與廢品率。對(duì)于從事復(fù)合材料、膠粘劑、聚氨酯研發(fā)與生產(chǎn)的朋友們來說，掌握這些知識(shí)無疑是如虎添翼。

當(dāng)然，技術(shù)是不斷進(jìn)步的，新的催化劑也在不斷涌現(xiàn)。未來的路還很長(zhǎng)，但只要我們持續(xù)學(xué)習(xí)、勇于嘗試，相信在這個(gè)充滿挑戰(zhàn)與機(jī)遇的行業(yè)里，一定能找到屬于自己的那片天空。

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參考文獻(xiàn)

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 李明, 張強(qiáng). “聚氨酯催化劑研究進(jìn)展.”《化工新型材料》, 2020, 48(6): 45-50.
2. 王磊, 劉芳. “延遲型叔胺催化劑在預(yù)浸料中的應(yīng)用.”《復(fù)合材料學(xué)報(bào)》, 2021, 38(3): 88-94.
3. 陳志強(qiáng), 黃曉東. “聚氨酯發(fā)泡調(diào)控技術(shù)綜述.”《中國(guó)塑料》, 2019, 33(4): 112-117.

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. G. Oertel (Ed.). Polyurethane Handbook, 2nd Edition. Hanser Gardner Publications, 1994.
2. J. H. Saunders, K. C. Frisch. Chemistry of Polyurethanes. CRC Press, 1962.
3. M. Szycher. Szycher’s Handbook of Polyurethanes, 2nd Edition. CRC Press, 2011.
4. F. Rodriguez, R. L. Laurence. Principles of Polymer Systems, 6th Edition. CRC Press, 2015.
5. A. N. Gent (Ed.). The Science and Technology of Rubber, 4th Edition. Academic Press, 2013.

（全文約3000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(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。