三乙烯二胺作為強(qiáng)凝膠型催化劑對(duì)聚氨酯反應(yīng)的貢獻(xiàn)

三乙烯二胺：聚氨酯反應(yīng)中的“強(qiáng)凝膠型催化劑”傳奇

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一、引子：化學(xué)世界里的“加速器”

在我們?nèi)粘Ｉ钪?，聚氨酯無(wú)處不在——從柔軟的沙發(fā)坐墊到堅(jiān)固的汽車(chē)座椅，從保溫材料到鞋底，甚至你穿的衣服里也可能藏著它的身影。而在這背后，有一種不起眼但至關(guān)重要的“幕后推手”，它就是——三乙烯二胺（TEDA）。

別看它名字拗口，實(shí)際上它是聚氨酯發(fā)泡工藝中的一位“明星催化劑”。尤其是在“強(qiáng)凝膠型”反應(yīng)中，它就像一位經(jīng)驗(yàn)豐富的指揮家，把各種原料協(xié)調(diào)得井井有條，讓整個(gè)反應(yīng)過(guò)程既快又穩(wěn)，堪稱(chēng)聚氨酯界的“節(jié)奏大師”。

今天我們就來(lái)聊聊這個(gè)看似普通卻功不可沒(méi)的小分子——三乙烯二胺，看看它到底是怎么在聚氨酯反應(yīng)中大顯身手的。

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二、認(rèn)識(shí)三乙烯二胺：不只是名字難念

三乙烯二胺，英文名Triethylenediamine，簡(jiǎn)稱(chēng)TEDA，也有人叫它1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane，縮寫(xiě)為DABCO。雖然名字聽(tīng)起來(lái)像是某種高科技代號(hào)，其實(shí)它是一種含氮雜環(huán)化合物，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性質(zhì)獨(dú)特。

參數(shù)	數(shù)值	單位
分子式	C6H12N2	–
分子量	112.17	g/mol
熔點(diǎn)	158-160	℃
沸點(diǎn)	174（分解）	℃
密度	1.13	g/cm3
溶解性	易溶于水、醇類(lèi)；不溶于烴類(lèi)	–
外觀	白色結(jié)晶粉末	–

從這些參數(shù)可以看出，TEDA具有良好的熱穩(wěn)定性，能在較高溫度下保持活性，這正是它在聚氨酯發(fā)泡過(guò)程中表現(xiàn)優(yōu)異的原因之一。

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三、聚氨酯反應(yīng)中的“黃金搭檔”

聚氨酯是由多元醇和多異氰酸酯反應(yīng)生成的聚合物，其反應(yīng)機(jī)理主要包括兩個(gè)關(guān)鍵步驟：

1. 氨基甲酸酯反應(yīng)（NCO與OH反應(yīng)）；
2. 脲基甲酸酯反應(yīng)（NCO與NH反應(yīng)）。

這兩個(gè)反應(yīng)都需要催化劑來(lái)提速，否則就會(huì)像燉老母雞一樣，等上半天還沒(méi)動(dòng)靜。這時(shí)候，TEDA就登場(chǎng)了。

TEDA屬于叔胺類(lèi)催化劑，特別擅長(zhǎng)催化羥基與異氰酸酯基團(tuán)之間的反應(yīng)，也就是我們常說(shuō)的“凝膠反應(yīng)”。它能顯著加快體系的交聯(lián)速度，使泡沫迅速定型，防止塌陷或過(guò)度膨脹。

而且TEDA還有一個(gè)非常厲害的地方：它對(duì)水分引起的副反應(yīng)（即發(fā)泡反應(yīng)）影響較小。這就意味著，在使用TEDA時(shí)，我們可以更好地控制“凝膠”和“發(fā)泡”的平衡，避免出現(xiàn)“一邊起泡一邊塌陷”的尷尬局面。

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四、為什么說(shuō)它是“強(qiáng)凝膠型”催化劑？

所謂“強(qiáng)凝膠型”，通俗點(diǎn)說(shuō)就是“讓材料快速變硬、定型”的能力。TEDA之所以被稱(chēng)為“強(qiáng)凝膠型催化劑”，是因?yàn)樗诖龠M(jìn)羥基與異氰酸酯反應(yīng)方面表現(xiàn)極為出色。

我們可以用一個(gè)生活中的例子來(lái)理解這個(gè)概念：

想象你在做蛋糕，面糊倒進(jìn)烤盤(pán)后，你需要讓它盡快定型，不然就會(huì)流得到處都是。這時(shí)候你就需要高溫或者加入一些幫助定型的添加劑。TEDA在聚氨酯系統(tǒng)中扮演的就是這個(gè)“定型劑”的角色。

為了更直觀地說(shuō)明這一點(diǎn)，我們來(lái)做個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：

催化劑類(lèi)型	凝膠時(shí)間（秒）	發(fā)泡時(shí)間（秒）	凝膠/發(fā)泡比值	特點(diǎn)
TEDA	60	120	0.5	強(qiáng)凝膠型，適合高密度泡沫
二甲基胺（DMEA）	90	100	0.9	平衡型，適合軟泡
Niax A-1	70	90	0.78	中等偏強(qiáng)凝膠型
三亞乙基二胺（TEDA）	65	110	0.59	高效凝膠型，常用于RIM工藝

從表中可以看出，TEDA的凝膠時(shí)間短，且其凝膠/發(fā)泡比值低，說(shuō)明它在推動(dòng)體系快速交聯(lián)方面優(yōu)勢(shì)明顯。

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五、TEDA的應(yīng)用場(chǎng)景：不止是泡沫那么簡(jiǎn)單

雖然TEDA在軟泡、硬泡領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，但它尤其適合以下幾種工藝：

1. 模塑泡沫（如汽車(chē)座椅）

這類(lèi)產(chǎn)品要求泡沫迅速成型，不能太慢也不能太快，TEDA正好可以提供一個(gè)適中的凝膠速度，讓模具中的物料迅速定型，提高生產(chǎn)效率。

2. 反應(yīng)注射成型（RIM工藝）

這種工藝對(duì)催化劑的要求極高，既要反應(yīng)速度快，又要控制得住。TEDA在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛，特別是在制造汽車(chē)保險(xiǎn)杠、內(nèi)飾件等部件時(shí)，常常作為主催化劑使用。

3. 噴涂聚氨酯泡沫（SPF）

在建筑保溫領(lǐng)域，噴涂泡沫要求反應(yīng)迅速、固化快，TEDA能夠很好地滿(mǎn)足這一需求，提升施工效率，減少等待時(shí)間。

4. 膠黏劑與密封劑

在聚氨酯膠黏劑中，TEDA可以加速固化過(guò)程，縮短粘接時(shí)間，適用于需要快速固化的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。

4. 膠黏劑與密封劑

在聚氨酯膠黏劑中，TEDA可以加速固化過(guò)程，縮短粘接時(shí)間，適用于需要快速固化的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。

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六、TEDA與其他催化劑的搭配藝術(shù)

雖然TEDA本身性能優(yōu)秀，但在實(shí)際應(yīng)用中，它往往不是“單打獨(dú)斗”，而是和其他催化劑配合使用，形成“協(xié)同效應(yīng)”。

比如：

• 與有機(jī)錫類(lèi)催化劑配合使用：有機(jī)錫催化劑（如T-9）主要負(fù)責(zé)促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)，而TEDA則專(zhuān)注凝膠反應(yīng)，兩者互補(bǔ)，可實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)泡與凝膠平衡。
• 與延遲型催化劑配合：有時(shí)候我們需要延緩反應(yīng)開(kāi)始的時(shí)間，這時(shí)候會(huì)加入一些延遲型叔胺（如DMP-30），與TEDA組合使用，既能保證后期反應(yīng)的爆發(fā)力，又能延長(zhǎng)操作時(shí)間。

常見(jiàn)的配方搭配如下表所示：

應(yīng)用類(lèi)型	TEDA用量（pphp）	錫催化劑（T-9）用量（pphp）	其他助劑
汽車(chē)軟泡	0.3-0.5	0.2-0.3	表面活性劑、阻燃劑
RIM工藝	0.5-1.0	0.1-0.2	內(nèi)脫模劑、填料
建筑噴涂	0.3-0.6	0.1-0.2	阻燃劑、增塑劑
膠黏劑	0.5-1.0	0.05-0.1	增韌劑、填料

注：pphp = parts per hundred polyol，每百份多元醇中的份數(shù)。

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七、安全與環(huán)保：TEDA也能溫柔以待

很多人可能會(huì)擔(dān)心，這么“強(qiáng)勢(shì)”的催化劑會(huì)不會(huì)對(duì)人體有害？其實(shí)，只要合理使用，TEDA的安全性還是相當(dāng)高的。

根據(jù)OSHA（美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局）的標(biāo)準(zhǔn)，TEDA的職業(yè)暴露限值（PEL）為：

• TWA（時(shí)間加權(quán)平均濃度）：10 mg/m3
• STEL（短期暴露限值）：20 mg/m3

同時(shí)，TEDA在聚氨酯制品中終會(huì)被固定在聚合物網(wǎng)絡(luò)中，不會(huì)輕易釋放出來(lái)，因此在成品階段幾乎不存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)然，我們?cè)诓僮鬟^(guò)程中還是要做好防護(hù)措施，比如佩戴手套、口罩，避免直接接觸皮膚或吸入粉塵。

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八、未來(lái)展望：TEDA還會(huì)繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱嗎？

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，人們對(duì)低VOC（揮發(fā)性有機(jī)物）、低氣味、低毒性的聚氨酯產(chǎn)品提出了更高要求。TEDA作為一種傳統(tǒng)高效催化劑，是否還能繼續(xù)站在舞臺(tái)中央？

答案是肯定的。

一方面，TEDA本身的毒性較低，且易于封裝使用；另一方面，通過(guò)與其他新型催化劑的復(fù)配，TEDA依然可以在未來(lái)的綠色聚氨酯體系中發(fā)揮重要作用。

近年來(lái)，研究人員也在嘗試將TEDA微膠囊化，使其在反應(yīng)初期“隱身”，在適當(dāng)時(shí)候再釋放活性，從而實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的反應(yīng)控制。這種技術(shù)有望在高性能聚氨酯材料中大放異彩。

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九、結(jié)語(yǔ)：TEDA的故事遠(yuǎn)未結(jié)束

三乙烯二胺，這個(gè)名字也許并不為人熟知，但它在聚氨酯工業(yè)中的地位卻是不可替代的。它就像是一位低調(diào)卻高效的“工程師”，默默地在每一個(gè)聚氨酯產(chǎn)品的背后工作著。

從實(shí)驗(yàn)室到工廠，從科研論文到生產(chǎn)線，TEDA始終保持著它那獨(dú)特的“催化魅力”。它不僅加快了反應(yīng)的速度，更提升了產(chǎn)品的質(zhì)量與效率。

無(wú)論你是聚氨酯行業(yè)的從業(yè)者，還是對(duì)高分子材料感興趣的愛(ài)好者，都不妨多了解這位“強(qiáng)凝膠型催化劑”的代表人物。說(shuō)不定哪天，你就能在某個(gè)新材料的研發(fā)中，再次遇見(jiàn)它熟悉的身影。

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參考文獻(xiàn)（節(jié)選）：

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 李曉明, 張偉. 聚氨酯催化劑研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2020, 18(3): 45-50.
2. 王建國(guó), 劉洋. 三乙烯二胺在聚氨酯發(fā)泡中的應(yīng)用研究[J]. 工程塑料應(yīng)用, 2019, 47(6): 89-93.
3. 陳志剛. 聚氨酯催化劑的選擇與優(yōu)化[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2021.

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. Saunders, J.H., Frisch, K.C. Polyurethanes: Chemistry and Technology, Part I & II. Interscience Publishers, 1962.
2. G. Oertel (Ed.), Polyurethane Handbook, 2nd Edition. Hanser Gardner Publications, 1994.
3. M. Szycher, Szycher’s Handbook of Polyurethanes, CRC Press, 1999.
4. Liu, Y., et al. “Catalyst Effects on the Gelation and Foaming Behavior of Polyurethane Systems.” Journal of Applied Polymer Science, vol. 135, no. 24, 2018, p. 46321.
5. H. Ulrich, Chemistry and Technology of Isocyanates. Wiley-VCH, 2018.

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聯(lián)系人： 吳經(jīng)理

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公司其它產(chǎn)品展示:

• NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。

• NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于T-12。

• NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比T-12高，優(yōu)異的耐水解性能。

• NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代T-12。

• NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。

• NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠，活性比T-12高。

• NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類(lèi)催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。

• NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類(lèi)催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。