雙嗎啉基二乙基醚在噴涂硬泡中的高效催化與快速固化
雙嗎啉基二乙基醚在噴涂硬泡中的高效催化與快速固化
朋友們，今天我們來聊聊一個(gè)聽起來有點(diǎn)拗口但用起來真香的化學(xué)助劑——“雙嗎啉基二乙基醚”，簡稱bmdee。別被這名字嚇住，其實(shí)它在我們生活里扮演的角色可不簡單，特別是在聚氨酯噴涂硬泡領(lǐng)域，堪稱是催化劑界的“速度與激情”擔(dān)當(dāng)。
一、先來點(diǎn)背景：什么是噴涂硬泡？
噴涂硬泡，說白了就是一種通過噴槍將兩種原料（通常是多元醇和多異氰酸酯）混合后迅速發(fā)泡形成的泡沫材料。這種材料輕質(zhì)、隔熱、保溫、防水性能一流，廣泛用于建筑外墻、冷庫、管道保溫等領(lǐng)域。
不過，這種材料的成型過程并不像“打個(gè)噴嚏”那么簡單。它需要在極短時(shí)間內(nèi)完成從液體到固體的轉(zhuǎn)變，這就離不開“催化劑”的幫助了。
二、bmdee是什么？它是怎么來的？
bmdee，全稱bis(morpholinoethyl)ether，中文名就叫雙嗎啉基二乙基醚。聽上去是不是有點(diǎn)像是科幻電影里的神秘配方？其實(shí)它是一種有機(jī)胺類化合物，結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)嗎啉環(huán)，通過兩個(gè)乙基連接在一起。
它的結(jié)構(gòu)如下：
| 分子式 | c??h??n?o? |
|---|---|
| 分子量 | 244.33 g/mol |
| 外觀 | 淡黃色至無色透明液體 |
| 沸點(diǎn) | 約 280°c（分解） |
| 密度 | 1.05 g/cm3（20°c） |
| ph值 | 9-10（1%水溶液） |
bmdee早是作為聚氨酯工業(yè)中的一種延遲型胺類催化劑被開發(fā)出來的。它不像一些傳統(tǒng)催化劑那樣反應(yīng)太猛、太快，而是能夠在合適的時(shí)機(jī)發(fā)力，既保證了發(fā)泡時(shí)間，又不會(huì)讓泡沫過早固化，影響流動(dòng)性和成型效果。
三、bmdee在噴涂硬泡中的作用機(jī)制
我們知道，聚氨酯的形成是一個(gè)典型的“一步法”反應(yīng)：多元醇 + 異氰酸酯 → 聚氨酯 + co?（發(fā)泡氣體）。整個(gè)過程可以分為幾個(gè)階段：
- 乳白期（cream time）：原料開始混合，顏色變白。
- 拉絲期（gel time）：混合物開始粘稠，出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象。
- 脫模期（tack-free time）：泡沫完全固化，表面不再粘手。
而bmdee在這個(gè)過程中主要起的是“延時(shí)催化+強(qiáng)凝膠催化”的雙重作用。它對(duì)水/異氰酸酯反應(yīng)（生成co?的反應(yīng)）催化較弱，但對(duì)多元醇/異氰酸酯的聚合反應(yīng)（也就是成鏈反應(yīng)）催化非常強(qiáng)，因此能有效延長乳白期，提升流動(dòng)性，同時(shí)加快后期的固化速度。
我們可以用一個(gè)表格來對(duì)比一下bmdee與其他常用催化劑的特點(diǎn)：
| 催化劑類型 | 反應(yīng)特性 | 對(duì)乳白期的影響 | 對(duì)凝膠期的影響 | 固化速度 | 應(yīng)用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 三亞乙基二胺（teda） | 強(qiáng)發(fā)泡催化 | 縮短 | 加快 | 快速固化 | 快速發(fā)泡體系 |
| 二甲基環(huán)己胺（dmcha） | 中等發(fā)泡催化 | 適中 | 適中 | 中等 | 普通噴涂泡沫 |
| bmdee | 延遲發(fā)泡 + 強(qiáng)凝膠催化 | 延長 | 顯著加快 | 極快 | 高性能噴涂硬泡 |
| niax a-1（dabco） | 強(qiáng)發(fā)泡催化 | 縮短 | 快速 | 快 | 冷庫板、板材發(fā)泡 |
可以看到，bmdee在“延長乳白期”和“加快凝膠”之間找到了一個(gè)完美的平衡點(diǎn)，非常適合用于噴涂硬泡這類對(duì)操作時(shí)間和成型質(zhì)量都有較高要求的應(yīng)用場景。
四、實(shí)際應(yīng)用案例分享：bmdee的“高光時(shí)刻”
我曾經(jīng)在一個(gè)冷庫項(xiàng)目上遇到過這樣的問題：客戶要求現(xiàn)場噴涂硬泡，厚度要達(dá)到10cm以上，而且施工溫度低，環(huán)境濕度大。如果使用常規(guī)催化劑，要么乳白期太短導(dǎo)致泡沫無法充分填充空隙，要么后期固化慢，影響后續(xù)工序。
后來我們換成了含有bmdee的催化劑組合，結(jié)果出奇地好。不僅發(fā)泡均勻、閉孔率高，而且脫模時(shí)間比預(yù)期提前了近十分鐘?，F(xiàn)場工人直呼：“這玩意兒，真是救場王！”
后來我們換成了含有bmdee的催化劑組合，結(jié)果出奇地好。不僅發(fā)泡均勻、閉孔率高，而且脫模時(shí)間比預(yù)期提前了近十分鐘?，F(xiàn)場工人直呼：“這玩意兒，真是救場王！”
再比如，在北方冬季施工時(shí)，低溫環(huán)境下傳統(tǒng)催化劑活性下降明顯，導(dǎo)致泡沫密度不均、強(qiáng)度差。而加入bmdee后，由于其良好的延遲催化特性，反而能在低溫下維持較好的反應(yīng)活性，確保泡沫質(zhì)量穩(wěn)定。
五、bmdee的添加方式與推薦用量
bmdee通常以液體形式存在，可以直接加入多元醇組分中，無需額外處理。根據(jù)不同的配方需求，建議添加量一般為：
| 泡沫類型 | 推薦添加量（按多元醇重量計(jì)） |
|---|---|
| 噴涂硬泡 | 0.3 – 1.0 phr |
| 板材硬泡 | 0.2 – 0.8 phr |
| 冷庫板 | 0.5 – 1.2 phr |
注意：phr 是 parts per hundred resin 的縮寫，意思是每100份樹脂中添加多少份催化劑。
此外，bmdee常常和其他催化劑配合使用，例如搭配少量的teda或dmcha，以調(diào)節(jié)乳白期和凝膠時(shí)間之間的比例，達(dá)到佳施工效果。
六、環(huán)保與安全性：bmdee是否安全？
作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的從業(yè)者，我也必須提一下bmdee的安全性問題。
首先，bmdee不屬于易揮發(fā)性物質(zhì)，voc排放相對(duì)較低，符合當(dāng)前環(huán)保法規(guī)的要求。其次，它沒有明顯的刺激性氣味，對(duì)皮膚和呼吸道的刺激也較弱。當(dāng)然，任何化學(xué)品都應(yīng)在通風(fēng)良好、防護(hù)到位的條件下操作。
根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄》（2023年版），bmdee未被列入重點(diǎn)監(jiān)管名錄，但在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中仍需遵循相關(guān)化工品管理規(guī)范。
七、未來展望：bmdee的發(fā)展趨勢
隨著國家對(duì)建筑節(jié)能、冷鏈運(yùn)輸、綠色建材的重視不斷加強(qiáng)，噴涂硬泡市場正迎來新一輪增長。而作為關(guān)鍵助劑之一的bmdee，也將在以下幾個(gè)方向持續(xù)發(fā)展：
- 更高性能的改性產(chǎn)品：如引入阻燃結(jié)構(gòu)、提高耐溫性等；
- 更環(huán)保的替代品開發(fā)：減少胺類催化劑的氣味和毒性；
- 智能化匹配系統(tǒng)：結(jié)合ai算法優(yōu)化催化劑配比，適應(yīng)不同工況；
- 國產(chǎn)化進(jìn)程加速：國內(nèi)企業(yè)正在加大對(duì)bmdee的研發(fā)投入，逐步打破國外壟斷。
八、結(jié)尾語：催化劑雖小，作用巨大
bmdee就像是聚氨酯世界的“節(jié)奏大師”，它不讓反應(yīng)太快亂套，也不讓泡沫太慢失序。它不是耀眼的那個(gè)明星，但卻是靠譜的那個(gè)“幕后英雄”。
在未來的日子里，隨著技術(shù)的進(jìn)步和環(huán)保要求的提升，相信bmdee還會(huì)有更多令人驚喜的表現(xiàn)。而我們這些搞材料的人，也會(huì)繼續(xù)在實(shí)驗(yàn)室和工地之間奔波，只為找到那一滴剛剛好的催化劑，讓每一寸泡沫都完美綻放。
九、參考文獻(xiàn)（部分）
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 陳立新, 李建國. 聚氨酯噴涂發(fā)泡工藝及催化劑研究進(jìn)展[j]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2021, 19(3): 45-52.
- 張偉, 王磊. 噴涂硬泡聚氨酯用延遲型胺催化劑的研究[j]. 工程塑料應(yīng)用, 2020, 48(6): 78-83.
- 中國塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì). 聚氨酯行業(yè)年度報(bào)告[r]. 北京: 中國塑協(xié), 2022.
國外文獻(xiàn)：
- saunders, j.h., frisch, k.c. chemistry of polyurethanes. marcel dekker, 1962.
- g. oertel (ed.). polyurethane handbook, 2nd edition. hanser gardner publications, 1994.
- wicks, z.w., jones, f.n., pappas, s.p. organic coatings: science and technology. wiley, 2007.
- r. west (ed.), encyclopedia of polymer science and engineering, vol. 13. john wiley & sons, 1988.
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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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。
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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；
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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；
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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；
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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；
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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)；
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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；
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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；
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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%；
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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；
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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；
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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。