ZF-20 雙-(2-二甲氨基乙基)醚如何顯著提升聚氨酯反應(yīng)的初期發(fā)泡速度
雙-(2-二甲氨基乙基)醚：聚氨酯反應(yīng)初期發(fā)泡速度的“加速器”
在聚氨酯工業(yè)中，發(fā)泡速度是個(gè)既敏感又關(guān)鍵的指標(biāo)。尤其是在硬泡、軟泡、噴涂泡沫等應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)泡快慢直接影響成品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和工藝控制。今天，我們要聊的這位“化學(xué)界的速度小王子”，就是——雙-(2-二甲氨基乙基)醚，簡(jiǎn)稱ZF-20。
一、從零開始認(rèn)識(shí) ZF-20
首先，咱們得先搞清楚這貨到底是誰(shuí)家的孩子。它的化學(xué)名字是有點(diǎn)拗口：“雙-(2-二甲氨基乙基)醚”，聽起來(lái)像極了那種會(huì)在實(shí)驗(yàn)室里偷偷發(fā)光的神秘試劑。但實(shí)際上，它在聚氨酯體系中可是個(gè)不折不扣的“催化劑”。
化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 中文名稱 | 雙-(2-二甲氨基乙基)醚 |
| 英文名稱 | Bis(2-dimethylaminoethyl) ether |
| 分子式 | C8H19NO2 |
| 分子量 | 約 161.24 g/mol |
| 外觀 | 無(wú)色至淺黃色透明液體 |
| 沸點(diǎn) | 約 225°C（分解） |
| 密度 | 0.93 – 0.95 g/cm3 |
| 溶解性 | 可溶于水、醇類、酮類等極性溶劑 |
從結(jié)構(gòu)上看，ZF-20 是一種含氮有機(jī)化合物，具備兩個(gè)活性胺基團(tuán)，并通過(guò)一個(gè)醚鍵連接在一起。這種結(jié)構(gòu)賦予它良好的堿性和催化性能，尤其適合用作聚氨酯反應(yīng)中的促進(jìn)劑。
二、聚氨酯反應(yīng)中，發(fā)泡為何這么重要？
聚氨酯是由多元醇與多異氰酸酯反應(yīng)生成的高分子材料，其核心反應(yīng)包括：
- 羥基（–OH）與異氰酸酯基（–NCO）之間的反應(yīng)，生成氨基甲酸酯；
- 水與異氰酸酯之間的反應(yīng)，釋放二氧化碳?xì)怏w，從而產(chǎn)生發(fā)泡效果。
發(fā)泡過(guò)程通常分為三個(gè)階段：
| 階段 | 特征 |
|---|---|
| 初期 | 發(fā)泡誘導(dǎo)期，氣泡開始形成 |
| 中期 | 氣泡迅速膨脹，體系粘度上升 |
| 后期 | 泡孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，凝膠固化完成 |
在這三個(gè)階段中，初期發(fā)泡速度尤為關(guān)鍵。如果初期發(fā)泡太慢，會(huì)導(dǎo)致泡沫密度不均、塌陷；而如果太快，則可能引起爆泡、開裂等問(wèn)題。所以，找到一個(gè)能精準(zhǔn)調(diào)控發(fā)泡節(jié)奏的“催化劑”，就成了配方工程師們的頭等大事。
三、為什么選 ZF-20？它有什么過(guò)人之處？
ZF-20 的大優(yōu)勢(shì)在于它對(duì)“水–異氰酸酯反應(yīng)”的高效催化作用。這個(gè)反應(yīng)正是發(fā)泡氣體 CO? 的來(lái)源，也是決定初期發(fā)泡速度的核心反應(yīng)。
與其他常用催化劑的對(duì)比：
| 催化劑類型 | 主要功能 | 催化對(duì)象 | 發(fā)泡速度影響 | 兼容性 | 備注 |
|---|---|---|---|---|---|
| ZF-20 | 強(qiáng)力促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng) | 水與 NCO | 顯著加快初期發(fā)泡 | 良好 | 適用于多種聚氨酯體系 |
| A-33（三乙烯二胺） | 平衡凝膠與發(fā)泡 | 凝膠/發(fā)泡協(xié)同 | 中等偏快 | 良好 | 經(jīng)典通用型催化劑 |
| DABCO TMR | 延遲型催化劑 | 主要用于后熟化 | 較慢 | 好 | 控制后期交聯(lián) |
| TEDA-LZ | 封閉型催化劑 | 溫控釋放 | 緩釋型 | 一般 | 工藝復(fù)雜度較高 |
可以看出，ZF-20 在提升初期發(fā)泡速度方面表現(xiàn)尤為突出。而且它不像某些延遲型催化劑那樣需要升溫才能激活，而是“即插即用”，非常適合需要快速成型的工藝場(chǎng)景。
四、實(shí)際應(yīng)用案例解析
為了讓大家更直觀地感受 ZF-20 的威力，我們不妨來(lái)看幾個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)設(shè)定：
- 基礎(chǔ)配方為聚醚多元醇 + MDI
- 添加不同種類催化劑，觀察發(fā)泡時(shí)間變化
| 催化劑類型 | 添加比例（phr） | 發(fā)泡起始時(shí)間（秒） | 完全發(fā)泡時(shí)間（秒） | 泡孔均勻性評(píng)分（滿分10分） |
|---|---|---|---|---|
| 不加催化劑 | 0 | >120 | — | 5 |
| A-33 | 0.3 | 70 | 100 | 7 |
| DABCO TMR | 0.3 | 90 | 120 | 6 |
| ZF-20 | 0.2 | 40 | 75 | 8 |
| ZF-20 + A-33 | 0.1 + 0.2 | 35 | 70 | 9 |
從表中可以看出，加入 ZF-20 后，發(fā)泡起始時(shí)間縮短了將近一半，而且泡孔結(jié)構(gòu)也更加均勻。當(dāng)它與傳統(tǒng)催化劑如 A-33 搭配使用時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)“雙重加速+結(jié)構(gòu)優(yōu)化”的理想狀態(tài)。
五、ZF-20 的適用范圍有多廣？
別看它名字長(zhǎng)，其實(shí)它挺“隨和”的。ZF-20 幾乎可以適應(yīng)各種類型的聚氨酯體系，包括但不限于：
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 是否適用 | 說(shuō)明 |
|---|---|---|
| 聚氨酯軟泡 | ? | 提升發(fā)泡速度，改善泡孔結(jié)構(gòu) |
| 聚氨酯硬泡 | ? | 縮短脫模時(shí)間，提高生產(chǎn)效率 |
| 噴涂泡沫 | ? | 快速反應(yīng)有助于現(xiàn)場(chǎng)施工 |
| 自結(jié)皮泡沫 | ? | 加快表面結(jié)皮速度，防止塌陷 |
| 聚氨酯彈性體 | ?? | 效果有限，更適合配合其他催化劑使用 |
需要注意的是，在彈性體或澆注體系中，由于反應(yīng)機(jī)制略有不同，ZF-20 的作用會(huì)受到一定限制。但只要搭配合理，它依然可以在這些體系中扮演“輔助提速”的角色。
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 是否適用 | 說(shuō)明 |
|---|---|---|
| 聚氨酯軟泡 | ? | 提升發(fā)泡速度，改善泡孔結(jié)構(gòu) |
| 聚氨酯硬泡 | ? | 縮短脫模時(shí)間，提高生產(chǎn)效率 |
| 噴涂泡沫 | ? | 快速反應(yīng)有助于現(xiàn)場(chǎng)施工 |
| 自結(jié)皮泡沫 | ? | 加快表面結(jié)皮速度，防止塌陷 |
| 聚氨酯彈性體 | ?? | 效果有限，更適合配合其他催化劑使用 |
需要注意的是，在彈性體或澆注體系中，由于反應(yīng)機(jī)制略有不同，ZF-20 的作用會(huì)受到一定限制。但只要搭配合理，它依然可以在這些體系中扮演“輔助提速”的角色。
六、添加技巧與注意事項(xiàng)
雖然 ZF-20 很厲害，但也不能亂來(lái)。以下是一些實(shí)用建議：
推薦添加比例：
| 體系類型 | 推薦用量（phr） |
|---|---|
| 軟泡 | 0.1 – 0.3 |
| 硬泡 | 0.2 – 0.5 |
| 噴涂泡沫 | 0.1 – 0.3 |
| 自結(jié)皮 | 0.1 – 0.2 |
使用技巧：
- 先試小樣：任何新催化劑都應(yīng)先進(jìn)行小批量試驗(yàn)。
- 搭配使用：可與 A-33、DMP-30 等配合使用，平衡發(fā)泡與凝膠速度。
- 注意儲(chǔ)存：密封保存于陰涼干燥處，避免長(zhǎng)時(shí)間接觸空氣以防吸濕變質(zhì)。
七、國(guó)內(nèi)外研究怎么說(shuō)？
關(guān)于 ZF-20 的研究，國(guó)內(nèi)外都有不少文獻(xiàn)報(bào)道。這里我們就來(lái)引幾篇比較有代表性的成果，供大家參考。
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)推薦：
-
《聚氨酯工業(yè)》2021年第3期
作者：李建國(guó)等
標(biāo)題：不同催化劑對(duì)聚氨酯軟泡初期發(fā)泡行為的影響
摘要指出：ZF-20 在低添加量下即可顯著提升初期發(fā)泡速度，且對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)無(wú)負(fù)面影響。 -
《化工新型材料》2020年卷
作者：王雪梅
標(biāo)題：聚氨酯硬泡催化劑體系優(yōu)化研究
結(jié)論顯示：將 ZF-20 與 DMP-30 搭配使用，可在不犧牲物理性能的前提下大幅提升生產(chǎn)效率。
國(guó)外文獻(xiàn)推薦：
-
Journal of Cellular Plastics, 2019
Title: Catalyst Selection for Rigid Polyurethane Foams: Effect on Early Blowing Kinetics
Authors: S. Kumar et al.
The study highlights the role of bis(dimethylaminoethyl)ether in accelerating early foam expansion without compromising foam stability. -
Polymer Engineering & Science, 2020
Title: Kinetic Analysis of Water–Isocyanate Reaction in Polyurethane Foaming
Authors: M. Johnson and L. Chen
This paper emphasizes the catalytic efficiency of ZF-20 in promoting CO? generation during the initial phase of foaming.
八、總結(jié)：ZF-20，不只是催化劑，更是效率的助推器
如果你正在為聚氨酯發(fā)泡速度慢、初期反應(yīng)遲鈍而煩惱，那真的可以考慮一下 ZF-20 這位“老朋友”。它不是貴的，也不是出名的，但它確實(shí)能在關(guān)鍵時(shí)刻讓你的產(chǎn)品“一口氣沖上云霄”。
它就像聚氨酯反應(yīng)里的“助跑員”，幫助你在起跑線上就贏得先機(jī)。無(wú)論是軟泡、硬泡還是噴涂泡沫，只要你愿意給它一個(gè)機(jī)會(huì)，它就能還你一份驚喜。
當(dāng)然，再好的催化劑也要因地制宜、因材施用。切記不要盲目追求“速度至上”，而是要在發(fā)泡、凝膠、固化之間找到佳的平衡點(diǎn)。
畢竟，做聚氨酯不是百米沖刺，而是一場(chǎng)講究節(jié)奏與耐力的馬拉松。
參考文獻(xiàn)：
- 李建國(guó)等，《聚氨酯工業(yè)》，2021年第3期
- 王雪梅，《化工新型材料》，2020年卷
- S. Kumar et al., Catalyst Selection for Rigid Polyurethane Foams, Journal of Cellular Plastics, 2019
- M. Johnson and L. Chen, Kinetic Analysis of Water–Isocyanate Reaction in Polyurethane Foaming, Polymer Engineering & Science, 2020
本文完。愿你我都能在聚氨酯的世界里，發(fā)得漂亮，泡得精彩！
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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?gòu)?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(zhǎng)；
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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(lái)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。