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    聚氨酯彈性體生產中催化劑的選擇

    2013/4/10 10:42:17      點擊:

    作者:竇凱(轉載請注明作者)


        所謂彈性體是指玻璃化溫度低于室溫,扯斷伸長率>50%,外力撤出后復原性比較好的高分子材料。而玻璃化溫度高于室溫的高分子材料成為塑料。在彈性體中,其扯斷伸長率較大(>200%)、100%定伸應力較。ㄈ纾30MPa)、彈性較好的可稱為橡膠。

        聚氨酯彈性體是彈性體中比較特殊的一大類,其原料種類繁多,配方多種多樣,可調范圍很大。聚氨酯彈性體的性能范圍很寬,是介于從橡膠到塑料的一類高分子材料。

    在彈性體的生產過程中為了提高異氰酸酯的化學反應速度,一般可從兩方面考慮。其一,選擇活性較高的原料和提高反應速度;其二,添加催化劑,促進反應按預期的方向和速度進行。

    可見為了提高生產效率同時又能為客戶提供更方便使用的產品,要選擇更適合體系的產品。在此我們來對彈性體常用的多種催化劑的優缺點進行對比分析:

    1.有機錫化合物

        彈性體中最常用的有機錫催化劑為二月桂酸二丁基錫和辛酸亞錫。這兩支催化劑在使用中都有明顯的缺陷:二月桂酸二丁基錫的毒性過大,從環保方面考慮,慢慢的會被淘汰。而辛酸亞錫的使用中又存在不耐水解,使用儲存不方便等問題。

        同時在兩者產品活性的對比中(如表一),我們發現,無論是在芳香族異氰酸酯體系還是脂肪族異氰酸酯體系,辛酸亞錫對凝膠反應的催化活性均不如二月桂酸二丁基錫。

    表一

    催化劑 凝膠時間/min
    TDI MDI H12MDI HDI IPDI
    辛酸亞錫 10 4 15 8 90
    二月桂酸二丁基錫 5 1 5 2 15


    2.有機叔胺

        在聚氨酯工業中,最長見的有機胺為三乙烯二胺,同時像DBU、哌嗪類、咪唑類產品也有部分應用。

        三乙烯二胺的凝膠/發泡速率比為2:3,因此常用于鞋底漿料、皮革漿料等微孔彈性的生產。在一些對氣泡要求更嚴格的行業三乙烯二胺的使用被嚴重制約。同時像哌嗪類及咪唑類產品也存在類似問題。

        而DBU的凝膠發泡/速率比為7:3,似乎更適于彈性體的生產,但在使用過程中,我們發現DBU堿性過強,加入體系中會存在局部凝膠過快,產品流動性變差的狀況,不宜大規模生產使用。


    3.有機銨鹽

        在彈性體的生產過程中,由于工藝等原因,對產品的流動性前期操作時間有了更高的要求,因為一批有機胺鹽應運而生。

        DC-8154作為三乙烯二胺的有機酸鹽,因其發泡速率偏高主要用于鞋底漿料等微孔彈性體行業。

        而DBU改性物因其種類繁多、不同成鹽物質的凝膠發泡速率比不同以及環保性,因此逐漸被廣泛的應用。下面根據實驗數據詳細分析各種DBU鹽催化劑特點。

    I.DC-808【新典化學材料(上海)有限公司產品牌號,下同】

       DC-808是一種針對脂環族、脂肪族異氰酸酯體系的彈性體催化劑,其擁有出色的催化活性,在70℃左右時催化速率大大提高,活性較有機錫產品倍增,特別適合IPDI、H12MDI體系。

    II.DC-820

        白色蠟狀固體。凝膠/發泡速率比為9:1,特別適用于不發泡聚氨酯彈性體體系,同時其高溫強凝膠型,也適用于要求快速熟化產品。

    III.DC-823

        DC-823的凝膠/發泡速率與三乙烯二胺相近,適用于微孔彈性體的生產,因其為DBU鹽所以再使用前提擁有更出色的流動性,而在溫度達到70℃左右,催化活性可以是三乙烯二胺的5-8倍,迅速催化產品熟化,加速脫模,提高生產效率。

    IV.DC-829

        淡黃色粘稠狀物質,凝膠/發泡速率比為4:1,在產品體系中,可以賦予較好的低溫流動性,60℃后產品熟化速度明顯快。

    V.DC-835

        DBU衍生物中低溫穩定性最好的鹽,低于40℃產品活性極低,在溫度達到或超過活化溫度后催化劑活性被釋放出來。

    VI.DC-890

        強凝膠熱敏型DBU鹽,25℃條件下活性為二月桂酸二丁基錫的60%左右,在溫度升至70℃活性增大100倍以上,同時發泡速率沒有明顯提高,特別適用于快速脫模彈性體領域。

        在有機胺鹽的測試中,研究發現無論何種DBU鹽在60℃以上時,均比同等溫度下的二月桂酸二丁基錫活性要高的多;同時無論是三乙烯二胺鹽還是DBU鹽,亦或者其他銨鹽,都比較難做到低溫絕對的貯存穩定性,因此有機胺鹽目前在預聚體的合成和雙組份體系中有著的更廣泛的應用,在單組份聚氨酯體系的應用尚需要聚氨酯催化劑從業者的開發。


    4.重金屬催化劑

        除以上常見催化劑外,彈性體制造中也經常會使用到鋅、汞、鈷、鐵、鉛等金屬有機化合物作為催化劑。

        但多數此類催化劑都有一定毒性,會給生產者及使用者身體帶來較大的傷害,因此在使用上被大大制約。同時像鉛汞類催化劑,因其毒性較大,逐漸被市場淘汰,所以尋找合適的替代品迫在眉睫。


        隨著經濟發展社會的進步,聚氨酯彈性體的應用領域逐年增大,聚氨酯產品對環保及施工領域等提出了更高的要求,因此聚氨酯催化劑的開發及選擇在彈性體生產中的重要性也日趨重要。聚氨酯彈性體催化劑也終將沿著環;、高效化、細分化等特性發展出更適宜的產品來。


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