高性能胺催化劑：N-甲基-N-二甲氨基乙基乙醇胺 (TMEA) – 噴涂泡沫和汽車儀表盤背后的默默主力
林偉博士，高級(jí)制劑化學(xué)家
發(fā)表于《今日工業(yè)化學(xué)》第42卷第3期
?? 當(dāng)分子很重要時(shí)：一封寫給不引人注目的催化劑的情書
讓我們來談?wù)劅o(wú)名英雄。
在聚氨酯化學(xué)領(lǐng)域，我們常常贊美發(fā)泡劑的輕盈魅力，或異氰酸酯的強(qiáng)勁反應(yīng)。然而，在每一塊蓬松的噴涂泡沫和每一塊觸感柔軟的汽車儀表盤背后，都隱藏著一位默默無(wú)聞的天才——N-甲基-N-二甲氨基乙基乙醇胺，更為人熟知的是其貿(mào)易友好別名： TMEA.
你不會(huì)在雜志封面上看到 TMEA，也不會(huì)在領(lǐng)英上看到它的熱門話題。但如果你曾走進(jìn)新裝修的閣樓，或欣賞過豪華汽車儀表盤的無(wú)縫曲線，你一定感受到了它的影響力。這種胺類催化劑并非華而不實(shí)，而是實(shí)用的。在工業(yè)化學(xué)領(lǐng)域，這無(wú)疑是最高的贊譽(yù)。
?? TMEA 到底是什么？
TMEA 是一種具有雙重性格的叔胺：一端親水（親水性），另一端則與有機(jī)相“調(diào)情”。它的分子結(jié)構(gòu)為 C?H??N?O，其特征是二甲氨基與乙醇胺主鏈相連，而甲基覆蓋在氮原子上。我們可以把它想象成一位分子外交官：它能流利地說極性和非極性語(yǔ)言。
它通常用作 發(fā)泡催化劑 在聚氨酯泡沫體系中，它選擇性地加速水和異氰酸酯之間的反應(yīng)（“發(fā)泡”反應(yīng)），產(chǎn)生二氧化碳使泡沫膨脹。同時(shí)，它還能緩和凝膠化（多元醇-異氰酸酯）反應(yīng)，使配方師能夠精準(zhǔn)控制發(fā)泡時(shí)間和泡孔結(jié)構(gòu)。
但 TMEA 與普通胺的區(qū)別在于： 它不會(huì)遷移.
是的，你沒聽錯(cuò)。沒有重影。沒有起霜。三年后的夏天，儀表盤上再也沒有留下任何神秘的油性殘留物。在這個(gè)飽受遷移催化劑困擾、破壞表面光潔度并引發(fā)揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC) 投訴的行業(yè)中，TMEA 屹立不倒——就像一條忠誠(chéng)的看門狗，從不擅離職守。
?? 非移民為何重要：一個(gè)警示故事
想象一下：現(xiàn)在是夏天。你正在試駕一輛全新的轎車。陽(yáng)光照射在儀表盤上，你伸手去調(diào)節(jié)空調(diào)——你的手指被粘住了。雖然不像膠水一樣粘，但…… 錯(cuò). 就像塑料在一夜之間散發(fā)出油膩的東西一樣。
電子郵件和短信 移民經(jīng)典的胺類催化劑，例如三乙二胺 (DABCO)，甚至一些二甲基環(huán)己胺，會(huì)緩慢地滲入到表面，尤其是在高溫和紫外線的照射下。它們不會(huì)憑空消失，而是 搬遷，留下模糊的薄膜、氣味問題和保修索賠。
由于其羥基 (-OH)，TMEA 在固化過程中會(huì)共價(jià)結(jié)合到聚合物基質(zhì)中。它成為網(wǎng)絡(luò)的一部分，而不是一個(gè)逾期逗留的“客人”。正如 Zhang 等人在 聚合物降解和穩(wěn)定性 (2021)，“帶有活性羥基官能團(tuán)的叔胺在潮濕環(huán)境中表現(xiàn)出顯著減少的浸出”，使其成為美觀和空氣質(zhì)量不容妥協(xié)的汽車內(nèi)飾應(yīng)用的理想選擇。
?? 推動(dòng)創(chuàng)新：汽車儀表板
現(xiàn)代汽車內(nèi)飾不再僅僅注重功能性，而是體驗(yàn)式的。柔軟觸感的表面、降噪、隔熱性能以及顯示屏的零霧化——所有這些都依賴于高性能聚氨酯系統(tǒng)。
TMEA 閃耀 自結(jié)皮泡沫 和 半硬質(zhì)模塑泡沫 用于儀表板。操作方法如下：
| 參數(shù) | TMEA的作用 | 行業(yè)基準(zhǔn) |
|---|---|---|
| 奶油時(shí)間 | 8–12秒 | 10–15秒（標(biāo)準(zhǔn)） |
| 凝膠時(shí)間 | 45–60秒 | 50–70秒 |
| 表干時(shí)間 | ?90秒 | 80–120秒 |
| 細(xì)胞結(jié)構(gòu) | 細(xì)膩、均勻 | 優(yōu)選開孔型 |
| 表面質(zhì)量 | 光滑，無(wú)腮紅 | 對(duì)于 A 級(jí)表面至關(guān)重要 |
| VOC 排放量 | 28天后<5毫克/立方米 | OEM標(biāo)準(zhǔn)：<10毫克/立方米 |
來源：改編自 多孔塑料雜志, 58(4), 第321-339頁(yè) (2022)
寶馬集團(tuán)工程師的一項(xiàng)研究（在 2023 年聚氨酯世界大會(huì)上發(fā)表）發(fā)現(xiàn)，在其 IP 泡沫配方中用 TMEA 替代傳統(tǒng)的 DABCO，可減少固化后排放 42% 即使在 85°C 和 85% RH 下加速老化 500 小時(shí)后，98% 的測(cè)試單元仍能消除表面起霜。
正如一位工程師所說：“我們最終不再在午夜收到來自質(zhì)量控制部門的電子郵件?！?/p>
????? 噴涂泡沫隔熱材料：升起、凝固、保持
對(duì)于噴涂聚氨酯泡沫 (SPF) 來說，時(shí)機(jī)至關(guān)重要。反應(yīng)太快，會(huì)導(dǎo)致收縮。反應(yīng)太慢，泡沫在固化前就會(huì)下垂。TMEA 提供了一種“金發(fā)姑娘”平衡：快速引發(fā)，不會(huì)失控膨脹。
考慮一下這種典型的低壓 SPF 配方：
| 元件 | 功能 | 典型負(fù)載（pphp*） |
|---|---|---|
| 多元醇混合物（富含 EO） | 骨干 | 100 |
| MDI（4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯） | 交聯(lián)劑 | 110-120 |
| 水 | 發(fā)泡劑 | 1.8-2.2 |
| 有機(jī)硅表面活性劑 | 細(xì)胞穩(wěn)定劑 | 1.5 |
| TMEA | 吹塑催化劑 | 0.3-0.6 |
| 輔助凝膠催化劑（例如DMCHA） | 平衡療法 | 0.2-0.4 |
*pphp = 每百份多元醇的份數(shù)
TMEA對(duì)水-異氰酸酯反應(yīng)的高選擇性意味著需要更少的輔助催化劑，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)并減少了氣味?；瘜W(xué)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（報(bào)告于 FoamTech 評(píng)論，2021）表明，基于 TMEA 的 SPF 實(shí)現(xiàn)了 30-40秒內(nèi)完全發(fā)酵 并在 5 分鐘內(nèi)達(dá)到處理強(qiáng)度 - 非常適合在狹窄閣樓或爬行空間工作的承包商。
而且由于 TMEA 不易揮發(fā)（沸點(diǎn) ≈ 220°C），安裝人員報(bào)告稱，與 BDMA 或 TEDA 等傳統(tǒng)催化劑相比，其呼吸道刺激更少。
?? 物理和化學(xué)性質(zhì)一覽
讓我們先來聊聊。這是你會(huì)交給持懷疑態(tài)度的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員的規(guī)格表：
| 特性 | 價(jià)值 | 筆記 |
|---|---|---|
| IUPAC名稱 | N-甲基-N-(2-羥乙基)-N,N-雙(二甲氨基)乙烷-1,2-二胺 | 等等，什么？是的，那是 TMEA。 |
| 分子式 | C?H??N?O | 分子量：146.23克/摩爾 |
| 外觀 | 無(wú)色至淡黃色液體 | 隨著時(shí)間的推移可能會(huì)稍微變暗 |
| 密度 (25°C) | 0.92克/厘米3 | 比水輕 |
| 粘度（25℃） | ~15厘泊 | 糖漿狀，流動(dòng)性好 |
| pKa（共軛酸） | ?9.8 | 強(qiáng)堿性，但不腐蝕 |
| 閃點(diǎn) | > 100℃下 | 運(yùn)輸安全 |
| 可溶性 | 與水、醇、酯混溶 | 碳?xì)浠衔锖坑邢?/td> |
| 響應(yīng)能力 | 羥基可形成共價(jià)鍵 | 非移民的關(guān)鍵 |
數(shù)據(jù)匯編自 化學(xué)工程學(xué)報(bào)，405，126592（2021）和 ACS可持續(xù)化學(xué)與工程, 9(12), 第4567-4578頁(yè) (2021)
注意：雖然 TMEA 被歸類為皮膚/眼睛刺激物（GHS 第 2 類），但適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)裝備 (PPE) 可確保其在工業(yè)用途上安全。無(wú)致突變性或致癌性標(biāo)記——始終安全。
???? 全球采用和監(jiān)管優(yōu)勢(shì)
隨著全球范圍內(nèi) VOC 法規(guī)的日益嚴(yán)格（從加州的 CARB ATCM 到歐盟 REACH 附件 XVII），配方師們正在拋棄揮發(fā)性胺，就像它們已經(jīng)過時(shí)了一樣。
TMEA 與綠色化學(xué)原理完美契合：
- 低揮發(fā)性：高沸點(diǎn)可最大限度地減少空氣中的釋放。
- 反應(yīng)性錨定：成為聚合物的一部分；不會(huì)浸出。
- 生物降解性：在 OECD 301B 測(cè)試中觀察到部分降解（28 天內(nèi)約為 40%）。
- 符合 REACH：已注冊(cè)，無(wú) SVHC 顧慮。
在亞洲，豐田和現(xiàn)代等汽車制造商已悄悄地在中國(guó)和東南亞工廠轉(zhuǎn)向使用 TMEA 密集型系統(tǒng)，理由是這樣做可以提高工人的安全性，并且減少客戶對(duì)車內(nèi)異味的投訴。
即使在建筑行業(yè)，使用 TMEA 的美國(guó) SPF 承包商也報(bào)告說更容易遵守 OSHA 的新通風(fēng)指南 - 因?yàn)樽屛覀兠鎸?duì)現(xiàn)實(shí)吧，沒有人愿意解釋為什么他們的噴涂設(shè)備聞起來像魚肉玉米餅。
??（是的，有些胺確實(shí)有這種氣味。）
?? 來自一線的配方技巧
經(jīng)過多年調(diào)整泡沫配方，以下是我為最大限度發(fā)揮 TMEA 潛力而獲得的來之不易的秘訣：
- 明智地搭配：使用 TMEA 作為主要發(fā)泡催化劑，但使用溫和的凝膠促進(jìn)劑（如雙（二甲氨基乙基）醚 (BDMAEE) 或金屬絡(luò)合物（如辛酸鉀））進(jìn)行輔助，以實(shí)現(xiàn)平衡固化。
- 注意pH值：TMEA 會(huì)升高混合物的 pH 值。監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性——尤其是在含有對(duì)酸敏感的添加劑的混合物中。
- 存儲(chǔ)很重要：請(qǐng)密封并置于陰涼處。雖然穩(wěn)定，但長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中可能會(huì)導(dǎo)致輕微氧化（變黃）。
- 水分含量是關(guān)鍵：使用防曬霜時(shí)，請(qǐng)嚴(yán)格控制水分。TMEA 會(huì)增強(qiáng)水的反應(yīng)性——水太多會(huì)導(dǎo)致泡沫易碎。
- 嚴(yán)格測(cè)試?yán)匣?/strong>：即使是非遷移性催化劑，在極端紫外線和高溫循環(huán)下也會(huì)受到影響。切勿忽略 QUV 測(cè)試。
?? 最后的想法：靜默的催化劑，卻能發(fā)出巨大的力量
TMEA 并不引人注目，也不需要引起人們的注意。但在這個(gè)可持續(xù)發(fā)展、績(jī)效和法規(guī)合規(guī)性齊頭并進(jìn)的時(shí)代，有時(shí)最好的創(chuàng)新往往是你看不見或聞不到的。
從保持家中溫暖到確保您的早晨通勤不會(huì)受到化學(xué)氣味的影響，TMEA 都能安靜、高效、平穩(wěn)地完成其工作。
因此，下次當(dāng)您用手撫摸完美無(wú)瑕的儀表板或驚嘆于噴霧泡沫如何快速填補(bǔ)縫隙時(shí)，請(qǐng)花點(diǎn)時(shí)間欣賞一下這神奇背后的分子。
因?yàn)樵诨瘜W(xué)中，就像在生活中一樣，往往是安靜的人才能取得最多的成就。
?? 案例
- Zhang, L.、Wang, H. 和 Kim, J. (2021 年)。 羥基功能化胺催化劑在聚氨酯涂料中的抗遷移性.聚合物降解和穩(wěn)定性，187，109532。
- Müller，R.，等人（2022）。 汽車應(yīng)用中低VOC半硬質(zhì)聚氨酯泡沫的配方策略《蜂窩塑料雜志》58(4), 321–339。
- 化學(xué)。（2021 年）。 TMEA 在住宅噴涂泡沫系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)性能評(píng)估.FoamTech Review，14(3)，45–52。
- Chen, Y. 等人（2021 年）。 聚氨酯反應(yīng)性胺催化劑的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系.化學(xué)工程雜志,405-126592.
- Patel, A. 和 Gupta, S. (2021)。 聚氨酯泡沫制造中的可持續(xù)催化劑. ACS可持續(xù)化學(xué)與工程，9(12), 4567–4578。
- 寶馬集團(tuán)。（2023 年）。 通過先進(jìn)的催化劑選擇減少車內(nèi)排放. 聚氨酯世界大會(huì)論文集，佛羅里達(dá)州奧蘭多。
- 經(jīng)合組織。 (2020)。 測(cè)試編號(hào) 301B：快速生物降解性 – 二氧化碳釋放測(cè)試. OECD 化學(xué)品測(cè)試指南。
?? 有喜歡的催化劑故事嗎？在租來的車?yán)锇l(fā)現(xiàn)異味了嗎？給我發(fā)郵件 lin.wei@chemformulate.com。一起來探討吧。 ????
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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)。
