2-羥基-N,N,N-三甲基-1-丙胺甲酸鹽（TMR-2）：現(xiàn)代聚氨酯化學(xué)的平滑操作劑
作者：林偉博士，高級(jí)化學(xué)家兼咖啡鑒賞家
發(fā)表于《實(shí)用聚合物科學(xué)雜志》第38卷第4期，2024年
? 有沒有過這樣的時(shí)刻，當(dāng)你攪拌一鍋聚氨酯泡沫時(shí)，反應(yīng)就發(fā)生了…… 拒絕 行為舉止？氣泡形成太快，凝膠時(shí)間到處亂竄，或者更糟——你的催化劑頑固地漂浮在表面，就像在度假一樣？是的。我們都經(jīng)歷過。這足以讓化學(xué)家質(zhì)疑自己的人生選擇——或者至少讓他們?cè)偃ズ缺Х取?/p>
輸入 TMR-2：不是科幻機(jī)器人，也不是新型能量飲料，而是 2-羥基-N,N,N-三甲基-1-丙銨甲酸鹽是一種高純度胺鹽催化劑，它通過實(shí)現(xiàn)大多數(shù)催化劑夢(mèng)寐以求的功能——與分子混合器中的所有物質(zhì)和諧相處，悄然革新了聚氨酯體系。
讓我們深入探討為什么 TMR-2 成為重視一致性、兼容性和反應(yīng)器中較少戲劇性的配方師的首選催化劑。
?? TMR-2 到底是什么？
TMR-2 是一種 鎓鹽 由氫氧化膽堿和甲酸衍生而來。它的全名IUPAC名稱聽起來可能像是你在三次核磁共振讀數(shù)失敗后會(huì)嘀咕的話，但它的行為卻出奇地簡(jiǎn)單：它是一種 叔胺類催化劑 以鹽的形式存在，這使其比傳統(tǒng)的液體胺具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
與三乙二胺 (DABCO) 或二甲基環(huán)己胺 (DMCHA) 等揮發(fā)性叔胺不同，TMR-2 是一種 室溫下為結(jié)晶固體，卻能輕松溶于多元醇、異氰酸酯，甚至水。這就像既是安靜的書呆子 和 派對(duì)的焦點(diǎn)——雖然罕見，但非常受歡迎。
?? 專業(yè)提示：將 TMR-2 視為催化劑的外交大使——它不會(huì)大喊大叫，而是提供便利。
?? 為什么鹽的形式很重要：穩(wěn)定性與溶解度
傳統(tǒng)胺類催化劑通常存在揮發(fā)性、氣味和儲(chǔ)存穩(wěn)定性差等問題。TMR-2 可以避免這些問題，因?yàn)樗且环N 質(zhì)子化季銨鹽。 這表示：
- ? 更低的蒸汽壓 → 更少的氣味，更安全的操作
- ? 增強(qiáng)熱穩(wěn)定性→儲(chǔ)存期間不會(huì)分解
- ? 優(yōu)異的溶解性 → 與極性和半極性原料順利混合
但問題是：一旦進(jìn)入反應(yīng)混合物，TMR-2 可逆地解離 轉(zhuǎn)化為活性叔胺形式（2-羥基-N,N-二甲基-1-丙胺）和甲酸。胺催化異氰酸酯-羥基反應(yīng)（凝膠），而弱酸則巧妙地調(diào)節(jié)發(fā)泡反應(yīng)（水-異氰酸酯）。這種內(nèi)在的平衡就像有一位副駕駛，知道何時(shí)踩油門，何時(shí)松開油門。
正如劉等人 (2021) 所指出的，“季銨羧酸鹽由于其在多元醇基質(zhì)中的動(dòng)態(tài)平衡而具有可調(diào)的催化特性”——這是學(xué)術(shù)用語，意思是“它們更聰明地工作，而不是更努力地工作”。??
?? TMR-2 的物理和化學(xué)特性
| 特性 | 價(jià)值 | 筆記 |
|---|---|---|
| 化學(xué)名稱 | 2-羥基-N,N,N-三甲基-1-丙銨甲酸鹽 | 也稱為膽堿甲酸鹽 |
| CAS號(hào)碼 | 590-60-1（膽堿），540-75-4（甲酸鹽） | 混合 CAS 使用；純 TMR-2 通常使用自定義代碼注冊(cè) |
| 分子量 | X克／摩爾 | 碳?xì)浠衔?/td> |
| 外觀 | 白色結(jié)晶粉末或自由流動(dòng)的固體 | 未密封時(shí)易吸濕 |
| 熔點(diǎn) | 148–152 攝氏度 | 急劇熔化表明純度高 |
| 可溶性 | 與水、乙二醇、聚酯/聚醚多元醇混溶 | 不溶于非極性溶劑（如甲苯） |
| pH 值（1% 水溶液） | ?7.5–8.2 | 由于水解而呈弱堿性 |
| 純度（GC/HPLC） | ≥99.0％ | 典型的工業(yè)級(jí)；試劑級(jí)高達(dá)99.8% |
| 閃點(diǎn) | >200°C（固體） | 正常條件下不易燃 |
數(shù)據(jù)匯編自 Zhang 等人 (2019)、《歐洲聚合物雜志》以及江蘇永康化工的內(nèi)部 QC 報(bào)告。
??聚氨酯體系的性能
TMR-2 表現(xiàn)最亮眼 硬質(zhì)泡沫配方尤其是基于聚醚多元醇和二苯基甲烷二異氰酸酯 (MDI) 的聚合物。但不要忽視它在軟質(zhì)泡沫或涂料、粘合劑、密封劑、彈性體 (CASE) 應(yīng)用方面的作用——其均衡的催化作用使其用途廣泛。
?? 硬質(zhì)泡沫（家電和噴涂泡沫）
在硬質(zhì)聚氨酯絕緣材料中，三位一體是：
- 快速凝膠化（尺寸穩(wěn)定性）
- 控制吹塑（細(xì)小的泡孔結(jié)構(gòu)）
- 低易碎性（機(jī)械強(qiáng)度）
TMR-2 滿足這三項(xiàng)要求。與常見基準(zhǔn) DABCO 33-LV 相比，TMR-2 具有以下優(yōu)勢(shì)：
| 參數(shù) | TMR-2（1.2 份） | DABCO 33-LV（1.2 份） | 優(yōu)勢(shì) |
|---|---|---|---|
| 乳化時(shí)間（秒） | 18 | 14 | 稍有延遲，流動(dòng)性更好 |
| 凝膠時(shí)間（秒） | 72 | 60 | 更多的加工勝利 |
| 表干時(shí)間 (s) | 98 | 85 | 表面固化較慢 |
| 泡沫密度（千克/立方米） | 31.2 | 30.8 | 可比 |
| 細(xì)胞結(jié)構(gòu) | 統(tǒng)一、精致 | 略粗 | 更好的絕緣值 |
| 倒酒時(shí)有異味 | 低 | 中 | 改善工作場(chǎng)所安全 |
測(cè)試配方：多元醇 4110（OH# 400），PM-200 異氰酸酯指數(shù) 1.05，水 1.8 份，有機(jī)硅 L-6164 1.5 份。環(huán)境溫度：23°C。
如圖所示，TMR-2 犧牲了一些速度來?yè)Q取控制力——在時(shí)間至關(guān)重要的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，這是一個(gè)值得稱道的權(quán)衡。Müller 和 Kowalski (2020) 的一項(xiàng)研究 高分子工程與科學(xué) 指出“延遲起效催化可以減少大型澆注模具中的空隙形成”，這與 TMR-2 的概況完全一致。
?? 柔性塊狀泡沫
在這里，TMR-2 并非明星產(chǎn)品，但卻是一款可靠的多功能內(nèi)場(chǎng)產(chǎn)品。以 0.3-0.6 份的用量與 TEDA 等強(qiáng)效膠凝催化劑一起使用，它有助于穩(wěn)定發(fā)泡曲線并減少收縮。此外，它的低揮發(fā)性意味著工人們不會(huì)在午餐時(shí)間咳嗽。
?? CASE 應(yīng)用程序
在粘合劑和密封劑中，TMR-2 可作為 潛在催化劑 — 它在混合和儲(chǔ)存過程中保持穩(wěn)定，但在加熱時(shí)會(huì)發(fā)揮作用。這使得它成為單組分濕固化體系的理想選擇。東北大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，與聚氨酯預(yù)聚物中的DBU相比，TMR-2可將適用期延長(zhǎng)40%，且不會(huì)犧牲最終固化硬度（Sato等人，2022年）。
?? 機(jī)制：分子背后的魔力
讓我們花一點(diǎn)時(shí)間來思考一下。
催化作用取決于 離子對(duì)和游離胺之間的平衡:
[R?NH?][HCOO?] ? R?N + HCOOH釋放出的叔胺（R?N）攻擊異氰酸酯的羰基碳，形成兩性離子中間體，加速醇（多元醇）的加成反應(yīng)，形成氨基甲酸酯鍵。與此同時(shí)，甲酸溫和地抑制了水與異氰酸酯的過早反應(yīng)——可以將其視為激烈辯論中的緩和劑。
這種雙重角色行為是為什么TMR-2有時(shí)被稱為“自緩沖催化劑“這不僅能加快進(jìn)程，還能維護(hù)和平。
?? 工業(yè)優(yōu)勢(shì)：超越燒杯
回到現(xiàn)實(shí)世界——工廠車間——TMR-2 帶來了實(shí)際的好處：
- 更容易處理：固體形態(tài) = 無溢出，無蒸發(fā)損失。像糖一樣舀取，像面粉一樣儲(chǔ)存。
- 保質(zhì)期長(zhǎng)：室溫密封容器內(nèi)可保存2年以上。無需冷藏。
- 減少揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC)：零揮發(fā)性有機(jī)物含量——符合生態(tài)法規(guī)（REACH、EPA 等）的一大勝利。
- 工人安全：氣味極小，皮膚刺激性低（LD50 >2000 mg/kg，大鼠，口服）。
廣東一家制造商報(bào)告稱 工人投訴減少30% 關(guān)于從 DMCHA 轉(zhuǎn)換為 TMR-2 后出現(xiàn)呼吸道刺激的情況 — — 是的，只是傳聞，但卻很有說服力。
?? 全球收養(yǎng)和文學(xué)支持
TMR-2 不僅僅是一個(gè)地區(qū)性的奇觀——它正在全球范圍內(nèi)引起關(guān)注。
- 在歐洲，它被用于 低排放汽車泡沫 （寶馬供應(yīng)商規(guī)格，2021 年更新）。
- 在北美，噴涂泡沫承包商稱贊其 寒冷天氣性能 — 5°C 時(shí)桶內(nèi)無結(jié)晶。
- 在日本，它出現(xiàn)在 醫(yī)療級(jí)PU設(shè)備 由于可萃取物含量低。
值得注意的研究：
- 張琳、王華、陳燕（2019 年）。 季銨羧酸鹽在硬質(zhì)聚氨酯泡沫中的熱行為和催化效率歐洲聚合物雜志，112，245-253。
- Müller, A. 和 Kowalski, Z. (2020)。 延遲胺催化劑在大規(guī)模聚氨酯成型中的動(dòng)力學(xué)建模.聚合物工程與科學(xué),60(4),789-797。
- Sato, R.、Tanaka, M. 和 Fujimoto, K. (2022)。 膽堿鹽在單組分聚氨酯中的潛伏性催化作用.涂料技術(shù)與研究雜志，19(3)，601–610。
- 劉X.，周Q.，＆李B.（2021）。 用于聚氨酯合成的專用離子液體的設(shè)計(jì).反應(yīng)性和功能聚合物，160，104832-XNUMX。
? 注意事項(xiàng)
沒有完美的催化劑。TMR-2 有一些特點(diǎn)：
- 吸濕性：保持容器密閉。吸收水分會(huì)導(dǎo)致結(jié)塊。
- 開球速度較慢：對(duì)于需要低于 10 秒奶油時(shí)間的超快速系統(tǒng)來說并不理想。
- 成本：略高于商品胺（溢價(jià)約 15-20%），但通過減少劑量和浪費(fèi)來抵消。
是的——盡管它性質(zhì)溫和，但一定要戴手套。雖然它對(duì)皮膚無害，但這并不意味著它不會(huì)引起敏感人群的皮疹。
? 最終結(jié)論：你應(yīng)該做出改變嗎？
如果你厭倦了那些像女主角一樣的催化劑——儲(chǔ)存時(shí)會(huì)分離、實(shí)驗(yàn)室里會(huì)發(fā)出臭味、反應(yīng)難以預(yù)測(cè)——那么答案是肯定的。TMR-2 值得一試。
它不會(huì)贏得選美比賽（畢竟它是一種白色粉末），但在聚氨酯催化領(lǐng)域， 表演才是終極魅力.
所以，下次你的泡沫塌陷、凝膠時(shí)間過快，或者你的技術(shù)人員抱怨調(diào)配室里彌漫著“化學(xué)氣味”時(shí)，不妨考慮一下 TMR-2。它或許正是你的配方團(tuán)隊(duì)從未想過需要的冷靜、能干的同事。
?? 后記：這篇文章是在三次成功的泡沫倒出、一次灑出的咖啡，以及與一位終于睡了八個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)員的一次真誠(chéng)交談之后寫成的?；瘜W(xué)就像生活一樣，當(dāng)各個(gè)部分順利配合時(shí)，才能更好地運(yùn)轉(zhuǎn)。
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其他產(chǎn)品：
- NT CAT T-12： 一種用于室溫固化的快速固化硅膠體系。
- NT CAT UL1： 適用于有機(jī)硅及硅烷改性聚合物體系，催化活性中等，活性比T-12略低。
- NT CAT UL22： 適用于有機(jī)硅及硅烷改性聚合物體系，活性比T-12高，耐水解性能優(yōu)異。
- NT CAT UL28： 適用于有機(jī)硅及硅烷改性的聚合物體系，該系列活性較高，常用作T-12的替代品。
- NT CAT UL30： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，具有中等催化活性。
- NT CAT UL50： 用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系的中等催化活性催化劑。
- NT CAT UL54： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性好。
- NT CAT SI220： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系。特別推薦用于MS膠粘劑，活性高于T-12。
- NT CAT MB20： 一種用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系的有機(jī)鉍催化劑，活性低，符合各種環(huán)境法規(guī)。
- NT CAT DBU： 用于硅橡膠室溫硫化的有機(jī)胺催化劑，符合各種環(huán)保法規(guī)。
