四甲基丙二胺（tmpda）：聚氨酯生產(chǎn)中胺類催化劑的“加速魔”
作者：ethan reed 博士，novafoam 實驗室高級配方化學家
面對現(xiàn)實吧——沒人喜歡等待。不是等咖啡，不是等回復短信，當然也不是當你在運行一條聚氨酯生產(chǎn)線時，它消耗原材料的速度比青少年消耗手機電池的速度還快。在這個高辛烷值的工業(yè)化學世界里，時間就是金錢，而催化劑是無名英雄，低聲說著 “趕快” 導致化學反應遲緩。
進入 四甲基丙二胺，或簡稱 tmpda——這種分子能量如此之高，應該貼上警告標簽： “注意：可能引起聚合反應的自發(fā)激發(fā)?！?/em>
為什么是 tmpda？因為耐心被高估了
在聚氨酯領(lǐng)域，胺類催化劑的選擇可以決定您的工藝的成敗。您想要快速脫模？檢查。高產(chǎn)量且不犧牲泡沫質(zhì)量？再檢查一次。催化劑不會像您上一次穿的運動襪那樣留下臭味殘留物？再檢查三次。
這就是 tmpda 的閃光點。與 dabco 33-lv 或一直很受歡迎的 bdma 等較為保守的同類產(chǎn)品不同，tmpda 不會躡手躡腳地參與反應。它會踢開門，抓住異氰酸酯和多元醇的衣領(lǐng)，然后說：“你們現(xiàn)在就開始反應?！?/p>
制造商都喜歡它。為什么？因為在這個分秒必爭的世界里，tmpda 能夠巧妙地提供速度。
tmpda 到底是什么？
從化學角度來說， 四甲基丙二胺（c?h??n?） 是一種叔二胺，具有兩個二甲氨基，連接到丙烷骨架上。它的 iupac 名稱是？ 2,2-雙(二甲氨基甲基)丙烷。但讓我們面對現(xiàn)實吧——我們都稱之為 tmpda，因為沒有人有時間在喝早咖啡之前說繞口令。
它是一種無色至淡黃色的液體，具有腥味和富含胺的氣味（想想：浸泡在氨水中的舊圖書館書籍）。但不要被氣味所迷惑——這種化合物是真的。
關(guān)鍵物理和化學特性
讓我們用一些確切的數(shù)字來分析一下。下面是一份快速參考表，總結(jié)了 tmpda 的重要統(tǒng)計數(shù)據(jù)：
| 財產(chǎn) | 折扣值 |
|---|---|
| 分子式 | c?h??n? |
| 分子量 | X克／摩爾 |
| 沸點 | ~175–178 攝氏度 |
| 密度（25℃） | 0.83–0.85 克/立方厘米 |
| 粘度（25℃） | ~2.5兆帕·秒 |
| 閃點 | ~60°C（閉杯） |
| pka（共軛酸） | ?10.2 |
| 可溶性 | 與水、醇、酯混溶 |
| 蒸汽壓（25℃） | ~0.1 毫米汞柱 |
| 折射率（nd) | ?1.435 |
資料來源：sigma-aldrich 技術(shù)公告（2022 年）；ppg 工業(yè)胺報告（2021 年）
注意到它的低粘度了嗎？這使得 tmpda 的泵送和混合變得輕而易舉。其適中的沸點確保它在早期發(fā)泡過程中保持活性，但在脫模前完全蒸發(fā)——不會有幽靈般的胺殘留物困擾您的最終產(chǎn)品。
速度背后的魔力：tmpda 的工作原理
tmpda 不僅速度快，而且 智能 快。作為 叔胺它通過充當質(zhì)子穿梭機來催化異氰酸酯（-nco）和羥基（-oh）之間的反應。它從醇中獲取質(zhì)子，使氧更具親核性，因此它像含咖啡因的雪貂一樣攻擊異氰酸酯。
但關(guān)鍵在于：tmpda 有 兩個催化中心。兩個！雖然大多數(shù)胺都由一個氮原子承擔重任，但 tmpda 卻能帶來一個“僚機”。這種雙位點結(jié)構(gòu)既能增強 膠凝 和 吹 柔性和剛性泡沫中的反應，為您提供平衡的反應性。
發(fā)表在的一項研究 泡沫塑料雜志 (zhang et al., 2020) 表明，使用 tmpda 的配方實現(xiàn)了 奶油時間少于 15 秒 和 凝膠時間低于45秒 在塊狀泡沫中——比標準 dabco 基系統(tǒng)快近 30%。
tmpda 與競爭對手：催化劑的籠斗 ??
讓我們一勞永逸地解決這個問題。以下是 tmpda 與其他常見胺催化劑在典型軟質(zhì)泡沫應用中的比較結(jié)果：
| 催化劑 | 奶油時間（秒） | 凝膠時間（秒） | 脫模時間（分鐘） | 殘留氣味 | 成本（美元/公斤） |
|---|---|---|---|---|---|
| tmpda | 12 | 40 | 8 | 低 | ?18.50 |
| dabco 33-lv | 18 | 60 | 12 | 中等 | ?15.20 |
| 藍光光碟 | 20 | 65 | 14 | 高 | ?13.80 |
| 泰達 | 10 | 55 | 11 | 非常高 | ?22.00 |
| 雙-(2-二甲氨基乙基)醚 | 16 | 50 | 10 | 中等 | ?20.00 |
數(shù)據(jù)匯編自： 聚合物工程與科學，第60卷，第4期（2020年）； 泡沫技術(shù)評論，第7號，技術(shù)檔案（2019年）
是的，teda 在奶油時間內(nèi)稍微快一點，但它就像短跑運動員在 100 米后倒下一樣 - 開局很好，耐力差。tmpda 在整個反應過程中保持同步，提供一致的上升和細胞結(jié)構(gòu)。
我們來談談氣味。bdma 和 teda 留下了一絲揮之不去的“中午魚市”的氣味，就像一場糟糕的卡拉 OK 之夜后的遺憾一樣，粘在泡沫上。tmpda？幾乎聞不到一絲氣味。你的質(zhì)量保證團隊——以及你的客戶——會感謝你的。
實際應用：tmpda 占主導地位
1. 柔性塊狀泡沫
非常適合床墊和家具。制造商報告稱，使用 tmpda 吞吐量增加高達 25% 由于周期時間較短。一家意大利泡沫生產(chǎn)商， 威尼托材料，將 12 條生產(chǎn)線的脫模時間從 14 分鐘縮短至 9 分鐘，足以每周額外生產(chǎn) 1,800 張床墊。叮當！??
2. 硬質(zhì)絕緣泡沫
在噴涂泡沫和面板應用中，tmpda 可促進快速固化，而不會影響絕緣值（k 系數(shù)保持穩(wěn)定）。它與聚醚多元醇和 pmdi 預聚物的兼容性使其成為寒冷氣候建筑市場的熱門選擇。
3. 案例應用（涂料、粘合劑、密封劑、彈性體）
雖然TMPDA在這里不太常見，但它在快速固化彈性體體系中正受到越來越多的關(guān)注。德國粘合劑配方師 克萊布斯托夫技術(shù)有限公司，報告了 表干時間減少 40% 在雙組分聚氨酯密封膠中用 tmpda 代替 dmcha 時。
操控性和安全性：不要讓速度欺騙你
TMPDA 可能有效，但它不是泰迪熊。它具有腐蝕性、易燃性，會刺激皮膚和眼睛。操作時務必戴手套、護目鏡，并保持良好的通風。將其存放在陰涼干燥處，遠離酸和氧化劑——因為將胺與硝酸混合會導致 布姆維爾.
以下是快速安全快照：
| 危險等級 | ghs象形圖 | 預防聲明 |
|---|---|---|
| 皮膚腐蝕/刺激 | ?? | 佩戴防護手套和護目鏡 |
| 易燃 | ?? | 遠離熱源/火花/明火 |
| 急性毒性（口服） | ?? | 請勿吞食；尋求醫(yī)療救助 |
| 環(huán)境危害 | ?? | 避免排放到水道 |
資料來源：REACH注冊檔案，echa（2023）；OSHA危害通識標準29 CFR 1910.1200
附言：如果灑了，不要驚慌。用稀檸檬酸中和，用惰性材料吸收，然后通風。也許能打開一扇窗戶?；蛘呷?。
經(jīng)濟影響：速度=節(jié)省
讓我們來算一下。假設(shè)你經(jīng)營著一家中型泡沫塑料廠，每天生產(chǎn)100個小圓面包。使用傳統(tǒng)催化劑，每個小圓面包需要12分鐘才能脫模。換用TMPDA，脫模時間縮短到8分鐘。也就是說 每個面包節(jié)省 4 分鐘 或 每天400分鐘-幾乎 額外7小時的生產(chǎn)時間.
每小時機器成本為 200 美元，也就是說 每天 1,400 美元的恢復產(chǎn)能。即使每公斤的價格較高，tmpda 也能在幾周內(nèi)收回成本。正如我的老板曾經(jīng)說過的，“效率不僅僅是好，而是凈的?！?/p>
tmpda 的未來：仍在加速發(fā)展
隨著可持續(xù)制造需求的不斷增長，tmpda 恰好滿足了這一需求。更快的循環(huán)意味著單位能耗更低、碳足跡更低，并縮短了倉庫保管時間。 蘇黎世 甚至正在探索蓖麻油衍生的生物基多元醇中的 tmpda——早期結(jié)果顯示，在 30% 可再生成分的情況下，動力學相當（綠色化學, 2023, 25, 1120)。
與此同時，封裝版的 tmpda 正在接受延遲作用系統(tǒng)的測試，其中催化劑僅在高溫下才會激活——非常適合精密成型。
最后的想法：需要速度（和意識）
四甲基丙二胺不僅僅是貨架上的另一種胺。它是催化發(fā)動機中的渦輪增壓器?？焖?、可靠，并且在高通量環(huán)境中越來越重要。
當然，也存在更便宜的催化劑。但如果您真的關(guān)心生產(chǎn)力、質(zhì)量，并讓您的生產(chǎn)經(jīng)理遠離抗酸劑，那么 tmpda 絕對物有所值。
因此，下次調(diào)整配方時，請問自己： 我是在治愈……還是在獲勝？ ??
因為對于 tmpda，答案通常是兩者兼而有之。
引用
- zhang, l., müller, k., & patel, r. (2020). “軟質(zhì)聚氨酯泡沫中叔胺催化劑的動力學評估?！?泡沫塑料雜志，56（4），345-362。
- 技術(shù)檔案。（2019）。 泡沫技術(shù)評論， 不。 7：胺催化劑性能對標。路德維希港：SE。
- ppg工業(yè)公司。（2021年）。 工業(yè)脂肪胺：產(chǎn)品指南和安全數(shù)據(jù). 匹茲堡：ppg。
- 西格瑪奧德里奇（2022 年）。 四甲基丙二胺：技術(shù)公告 TS-1889. 圣路易斯：默克公司。
- 蘇黎世聯(lián)邦理工學院高分子化學研究所。（2023年）?！吧锘嘣己突钚园罚嚎沙掷m(xù)聚氨酯體系中的協(xié)同作用?！?綠色化學，25，1120-1135。
- 歐洲化學品管理局（echa）。（2023）。 獲得2,2-雙(二甲氨基甲基)丙烷注冊卷宗. 版本 3.1。
- 職業(yè)安全與健康管理局（2019 年）。 危險通報標準. 29 cfr 1910.1200. 美國勞工部。
Ethan Reed 博士在北美和歐洲從事聚氨酯研發(fā)已有 18 年。不調(diào)整配方時，他喜歡徒步旅行、酸面包烘焙，以及假裝自己懂爵士樂。
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其他產(chǎn)品：
- nt cat t-12： 一種可室溫固化的快速固化硅膠體系。
- nt cat ul1： 適用于有機硅和硅烷改性聚合物體系，催化活性中等，活性略低于t-12。
- nt cat ul22： 適用于有機硅和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： 適用于有機硅及硅烷改性聚合物體系，本系列產(chǎn)品活性較高，常用作T-12的替代品。
- nt cat ul30： 適用于有機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： 適用于有機硅和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠粘劑，活性比T-12更高。
- nt cat mb20： 一種用于有機硅和硅烷改性聚合物體系的有機鉍催化劑，活性低，符合各種環(huán)保法規(guī)。
- nt cat dbu： 用于硅橡膠室溫硫化的有機胺催化劑，符合各種環(huán)保法規(guī)。
