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延迟催化剂

一、前言

为了加快聚氨酯的最后聚合塑料和固化速度,减少制品在模具中的停留时间,提高模具的使用率,模塑工艺常需使用延迟型催化剂,近年开发的聚氨酯高回弹泡沫、冷熟化模塑、反应注射模塑和平顶发泡生产工艺,增加了对延迟性催化剂的需求。

聚氨酯延迟性催化剂是国外60年代初开发,70年代用于生产的一类新型催化剂。它在聚氨酯制品生产过程中,反应初期催化活性较低,后期催化活性增高,即有效地延迟反应混合料的乳白期和凝胶时间,提高反应物料的流动性,但又不延长制品的固化时间和脱模时间。在模塑制造形状复杂的制件或大型的物件时,良好的物料流动性可使混合料很好地注入模塑,改善加工工艺,提高制品的质量;若欲使乳白期和凝胶时间保持相同时,可增大延迟催化剂的用量,加快固化速度,缩短脱模时间,提高产量。可实现聚氨酯泡沫塑料生产的冷熟化工艺,节约能源。可减少制造大块泡沫时的边角废料和平顶发泡时的顶部开裂现象,降低成本。

  • 延迟催化的作用机理

聚氨酯延迟催化剂具有延迟聚氨酯初期的反应,加速聚氨酯后期反应的特性,对聚氨酯的性能和工艺改进起着重要的作用。

聚氨酯延迟催化剂有两大类,胺类和有机金属类。由于九州博彩结构变化大、品种多,能影响聚氨酯的发泡、凝胶、固化和三聚反应,同时可用作催化剂的胺化合物比有机金属化合物多,所以九州博彩一直是人们最感兴趣的催化剂。

按结构分,聚氨酯胺类延迟催化剂可分为三类:封闭型;热活化性;热敏型。由于结构不同,它们在聚氨酯反应中的延迟催化作用机理也不同。

  • 封闭型胺类的延迟催化机理

封闭型胺类延迟性催化剂是由羧酸中和叔胺形成的叔胺盐类。这些形成叔胺盐的酸能同异氰酸酯反应或同水和异氰酸酯生成的伯胺反应。在异氰酸酯组份混合前,封闭型胺类延迟催化剂中的叔胺被有机酸基团封闭,一旦混合,有机酸逐渐同异氰酸酯反应,产生具有催化活性的叔胺。因此叔胺盐的催化活性大大地降低,表现出明显的延迟作用。当叔胺从胺盐中游离出来时,催化活性就突然增大。其延迟催化机理可用如下反应式表示:

RCOOH-叔胺+R’NCO   叔胺+R’NHCOR+CO2

三乙烯二胺甲酸盐就是这种类型的催化剂,当受阻的催化剂与异氰酸酯接触时,在形成胺-异氰酸酯络合物之前,先发生了异氰酸酯同羧酸的反应。正是这种“预反应”造成了聚氨酯初始反应的延迟,所释放的游离胺按通常的速率催化随后的聚合反应,因而获得延迟的乳白期,迅速的泡沫上升时间和固化时间。

  • 热活化型胺类延迟催化剂机理

上述的封闭型九州博彩中,如果所用的酸不同异氰酸酯反应(盐酸),且无水存在时,催化剂就需要加热进行脱封闭,才能使催化剂有效,这类催化剂称为热活化型延迟作用催化剂。这类催化剂可由叔胺同封闭剂混合而成,该封闭剂是不与异氰酸酯反应的酸,也可是在加热下反应产生催化剂的化学混合物。其延迟机理如下:

加热

封闭剂-叔胺 叔胺+封闭剂

三乙烯二胺双氰基醋酸盐就是这种类型的催化剂。它再室温下稳定,而在活化温度下不可逆地分解,产生叔胺,有效地催化异氰酸酯和多元醇的反应,因而延迟初期的聚氨酯反应,催化挤塑后期的反应。

  • 热敏性胺类的延迟催化机理

热敏性胺类延迟性催化剂,其催化活性随着温度升高按指数级增大。这种反应速率的提高,是由于温度升高,运动加快、催化剂空间位阻减少,氮原子上电子对的接受能力增强,氢键减少所致。因此热敏性胺类延迟性催化剂在室温下时弱催化剂,但在较高的温度下时强催化剂。其延迟催化剂机理如下:

 加热

弱催化剂 强催化剂

催化剂 NT CAT DBU及SA系列都是属于热敏性胺类延迟催化剂,他们都有很强的热敏感性,当反应温度从25℃上升到70℃时,对于异氰酸酯同多元醇的反应,以及异氰酸酯同水的反应而言,DBU的催化常数分别由18增到1200和15增到520,而三乙烯二胺的催化常数仅由5增到25和6增到36。因此同其它催化剂相比,DBU系列催化剂的催化活性都是随着温度升高而急剧增大。

  • 延迟催化剂目录

NT CAT 100  强凝胶延迟反应性催化剂,适用于聚氨酯浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT 150  强凝胶延迟反应性催化剂,适用于聚氨酯浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT 8154    酸封闭的TEDA催化剂,延迟反应凝胶催化剂,可改善泡沫流动性,适用于软泡和硬泡;

NT CAT A300  是专为汽车座垫和靠背聚氨酯生产设计的延迟型交联作用催化剂,生产泡沫塑料会有良好的开孔性能,但同时维持发泡配方的稳定性,不会塌泡,对于使用含MDI成份,反应快和流动较慢的系统,可以改善泡沫流动性;

NT CAT A400  用于模塑聚氨酯泡沫塑料,具有延迟催化作用的水溶性叔胺复合类催化剂,特别设计用于汽车坐垫生产,A400可以单独与水或聚醚多元醇混合来计量,对于持久浇注时间和增加开孔泡沫结构有良好作用;

NT CAT C225 酸封闭的BDMAEE催化剂,用于快速脱模高回弹聚氨酯泡沫塑料的胺催化剂,这种催化剂可以使泡沫形成反应和热化反应获得平衡,优化反应混合物的流动性,并且同时缩短脱模时间;

NT CAT DBU  热敏型延迟胺,适用于聚氨酯软泡、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT DMI  热敏型延迟胺,适用于聚氨酯软泡、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT DMP  热敏型延迟胺,适用于聚氨酯软泡、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT E-129  适用于聚氨酯高回弹、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等,具有很强的延迟效果,与水的稳定性较强;

NT CAT E-132  适用于聚氨酯高回弹、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等,具有延迟作用和极高的水解稳定性;

NT CAT E-138  适用于聚氨酯一次性喷涂弹性体体系,中等催化活性,良好的流动性和耐水解性;

NT CAT E-154  适用于聚氨酯鞋底体系,具有延迟作用;

NT CAT E-240  适用于聚氨酯高回弹、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等,具有很强的延迟效果,与水的稳定性较强;

NT CAT SA1  强凝胶延迟反应性催化剂,适用于整皮泡沫、微孔弹性体、硬泡等;

NT CAT SA102  强凝胶延迟反应性催化剂,适用于整皮泡沫、微孔弹性体、硬泡等;

NT CAT SA603  强凝胶延迟反应性催化剂,适用于整皮泡沫、微孔弹性体、硬泡等;

NT CAT TAP  热敏型延迟胺,适用于聚氨酯软泡、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT TMR-2    胺系延迟三聚催化剂,较温和,缩短脱模时间,适用于硬泡和半硬泡;

NT CAT TMR-3    胺系延迟三聚催化剂,反应较慢,适用于硬泡和半硬泡;

NT CAT Zn12  热敏型金属催化剂,适用于聚氨酯高回弹、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT Zn16  热敏型金属催化剂,适用于聚氨酯高回弹、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT Zn18  热敏型金属催化剂,适用于聚氨酯高回弹、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等;

NT CAT Zn20  热敏型金属催化剂,适用于聚氨酯高回弹、浇注弹性体、涂料和胶黏剂等。

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