case（非泡pu）通用催化劑在低溫固化與高固含量體系中的應(yīng)用前景

作為一名從事聚氨酯行業(yè)多年的技術(shù)人員，我常常被問(wèn)到一個(gè)問(wèn)題：“為什么我們?cè)诘蜏丨h(huán)境下做出來(lái)的聚氨酯材料總是性能不理想？有沒(méi)有什么辦法能解決這個(gè)問(wèn)題？”其實(shí)，這背后隱藏著一個(gè)非常核心的議題——催化劑的選擇。尤其是在case（coatings, adhesives, sealants and elastomers，即涂料、膠黏劑、密封劑和彈性體）領(lǐng)域中，非泡型聚氨酯體系對(duì)催化劑的要求尤為苛刻。特別是在低溫固化和高固含量體系中，催化劑的作用可以說(shuō)是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。

今天我們就來(lái)聊一聊，在低溫固化與高固含量體系中，一款通用型催化劑如何“扛起大旗”，成為工程師們眼中的“救星”。

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一、從頭說(shuō)起：什么是case？又為何需要催化劑？

首先，我們得明確一下case這個(gè)概念。它是指聚氨酯在涂料、膠黏劑、密封劑和彈性體四大類(lèi)應(yīng)用中的統(tǒng)稱(chēng)。這些產(chǎn)品大多要求環(huán)保、低voc（揮發(fā)性有機(jī)化合物）、高性能，同時(shí)還要適應(yīng)不同的施工條件，比如溫度、濕度、基材類(lèi)型等。

而在這些體系中，聚氨酯的反應(yīng)主要是異氰酸酯（nco）與多元醇（oh）之間的反應(yīng)，生成氨基甲酸酯鍵。這個(gè)反應(yīng)本身雖然可以在常溫下進(jìn)行，但速度慢、效率低，尤其是當(dāng)溫度降低或者體系粘度升高時(shí)，反應(yīng)幾乎陷入停滯。這時(shí)候，催化劑就顯得尤為重要了。

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二、低溫固化為何難？催化劑怎么破局？

1. 低溫環(huán)境下的挑戰(zhàn)

在冬季或寒冷地區(qū)施工時(shí)，氣溫往往低于10℃，甚至接近0℃。這種情況下，傳統(tǒng)催化劑如有機(jī)錫類(lèi)（如二月桂酸二丁基錫dbtdl）的活性會(huì)大幅下降，導(dǎo)致反應(yīng)速率變慢，表干時(shí)間延長(zhǎng)，終影響涂層或膠層的初期強(qiáng)度和附著力。

更糟的是，低溫還會(huì)導(dǎo)致體系粘度升高，流動(dòng)性變差，容易出現(xiàn)流平不良、氣泡難以逸出等問(wèn)題。這對(duì)高固含量體系來(lái)說(shuō)更是雪上加霜。

2. 催化劑的應(yīng)對(duì)之道

這就需要一種能夠在低溫下仍保持高活性的催化劑。近年來(lái)，一些新型的胺類(lèi)催化劑（如叔胺類(lèi)）和金屬絡(luò)合物類(lèi)催化劑逐漸嶄露頭角。它們不僅能在低溫下快速引發(fā)反應(yīng)，還能有效調(diào)節(jié)反應(yīng)平衡，避免過(guò)快凝膠化帶來(lái)的缺陷。

以某款新型非錫類(lèi)通用催化劑為例，其主要成分為改性脂肪族叔胺與鋅離子復(fù)合物，具有以下特點(diǎn)：

特性	參數(shù)
外觀	淡黃色透明液體
密度（25℃）	1.02 g/cm3
粘度（25℃）	30-60 mpa·s
ph值（1%水溶液）	9.8-10.5
推薦用量	0.1%-0.5% wt
固化溫度范圍	-10℃ ~ 40℃
voc含量	<50 g/l
兼容性	聚醚、聚酯多元醇體系良好兼容

這款催化劑在-10℃環(huán)境下依然能保持較快的反應(yīng)速率，且不會(huì)引起明顯的黃變或脆化問(wèn)題，非常適合用于戶(hù)外施工或北方冬季項(xiàng)目。

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三、高固含量體系的“痛點(diǎn)”與催化劑的“解藥”

1. 高固含量體系的特點(diǎn)

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，高固含量（high solid content, hsc）聚氨酯體系因其低voc排放而受到廣泛歡迎。這類(lèi)體系通常固含量在70%以上，甚至可達(dá)90%，意味著溶劑少、粘度高、流動(dòng)性差。

在這樣的體系中，催化劑不僅要促進(jìn)反應(yīng)，還要兼顧以下幾個(gè)方面：

• 反應(yīng)均勻性：防止局部過(guò)快反應(yīng)導(dǎo)致交聯(lián)不均；
• 適用期控制：既要保證足夠操作時(shí)間，又要確保后期固化完全；
• 儲(chǔ)存穩(wěn)定性：不能因催化作用過(guò)強(qiáng)而縮短a組分存放壽命。

2. 催化劑的適配策略

對(duì)于高固含量體系，推薦使用延遲型催化劑或緩釋型催化劑。例如某些季銨鹽類(lèi)催化劑，它們?cè)诔跏茧A段活性較低，隨著溫度升高或反應(yīng)進(jìn)行逐步釋放催化能力，從而實(shí)現(xiàn)“先流動(dòng)后反應(yīng)”的效果。

• 反應(yīng)均勻性：防止局部過(guò)快反應(yīng)導(dǎo)致交聯(lián)不均；
• 適用期控制：既要保證足夠操作時(shí)間，又要確保后期固化完全；
• 儲(chǔ)存穩(wěn)定性：不能因催化作用過(guò)強(qiáng)而縮短a組分存放壽命。

2. 催化劑的適配策略

對(duì)于高固含量體系，推薦使用延遲型催化劑或緩釋型催化劑。例如某些季銨鹽類(lèi)催化劑，它們?cè)诔跏茧A段活性較低，隨著溫度升高或反應(yīng)進(jìn)行逐步釋放催化能力，從而實(shí)現(xiàn)“先流動(dòng)后反應(yīng)”的效果。

此外，部分雙功能催化劑（如兼具促進(jìn)nco-oh反應(yīng)和消泡功能的品種）也能在高固體系中發(fā)揮一箭雙雕的作用，提升整體工藝適應(yīng)性。

以下是一些常見(jiàn)催化劑在高固含量體系中的表現(xiàn)對(duì)比：

催化劑類(lèi)型	反應(yīng)速度	表干時(shí)間（23℃）	適用期	黃變傾向	是否含錫
dbtdl（有機(jī)錫）	快	30分鐘	短（<1小時(shí)）	明顯	是
dabco 33lv（叔胺）	中等偏快	45分鐘	中等（1-2小時(shí)）	較輕	否
新型鋅系催化劑	中等	60分鐘	長(zhǎng)（2-4小時(shí)）	幾乎無(wú)	否
季銨鹽類(lèi)	慢啟動(dòng)，快后期	90分鐘	長(zhǎng)（3-6小時(shí)）	無(wú)	否

可以看到，非錫類(lèi)催化劑在高固體系中表現(xiàn)出更強(qiáng)的綜合優(yōu)勢(shì)，尤其在環(huán)保性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面更具競(jìng)爭(zhēng)力。

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四、通用催化劑的崛起：一個(gè)“多面手”的誕生

過(guò)去，我們常常需要為不同應(yīng)用場(chǎng)景選擇不同類(lèi)型的催化劑，比如低溫用一種，高溫用一種，高固用一種，低粘用一種……這讓配方設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，也增加了庫(kù)存成本。

而現(xiàn)在，越來(lái)越多廠商開(kāi)始推出所謂的“通用型”催化劑，顧名思義，就是適用于多種工藝條件、多種配方體系的催化劑。它們通常具備以下幾個(gè)特征：

• 寬泛的溫度適應(yīng)性：可在-10℃至40℃之間穩(wěn)定工作；
• 良好的相容性：適用于聚醚、聚酯、蓖麻油等多種多元醇體系；
• 可調(diào)性強(qiáng)：通過(guò)調(diào)整用量即可靈活控制反應(yīng)速率；
• 環(huán)保合規(guī)：不含重金屬，符合reach、rohs等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

以某品牌推出的“x-cat 300”為例，該催化劑在多個(gè)case客戶(hù)的應(yīng)用反饋中表現(xiàn)優(yōu)異，尤其是在低溫施工和高固體系中均展現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。

性能指標(biāo)	x-cat 300
類(lèi)型	改性叔胺/金屬?gòu)?fù)合物
推薦用途	膠黏劑、密封劑、彈性體、水性體系
推薦用量	0.1%-0.3% wt
凝膠時(shí)間（23℃）	15-25分鐘
表干時(shí)間（23℃）	40-60分鐘
低溫適應(yīng)性	-10℃仍有活性
環(huán)保認(rèn)證	reach、fda、gb/t 23997-2009

更重要的是，這種通用催化劑還可以與其他輔助催化劑復(fù)配使用，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用邊界。比如搭配延遲型催化劑，可用于雙組分噴涂系統(tǒng)；搭配消泡助劑，則可以減少高固體系中的氣泡殘留。

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五、未來(lái)趨勢(shì)：環(huán)保+智能=催化劑的新方向

隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的重視程度不斷提升，未來(lái)的聚氨酯催化劑將朝著兩個(gè)方向發(fā)展：

1. 更加環(huán)保：徹底擺脫錫、鉛等重金屬的使用，向生物基、可降解方向靠攏；
2. 更加智能：開(kāi)發(fā)響應(yīng)型催化劑，能夠根據(jù)溫度、濕度、ph值等外界條件自動(dòng)調(diào)節(jié)活性，實(shí)現(xiàn)“按需催化”。

目前已有研究團(tuán)隊(duì)嘗試將納米材料（如氧化鋅納米顆粒）、光敏催化劑引入聚氨酯體系中，取得了初步成果。盡管這些技術(shù)尚未大規(guī)模商業(yè)化，但無(wú)疑為未來(lái)提供了新的可能性。

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結(jié)語(yǔ)：選好催化劑，就像找對(duì)了人生的“加速器”

說(shuō)到底，催化劑就像是化學(xué)反應(yīng)中的“加速器”，它不會(huì)改變反應(yīng)的本質(zhì)，但卻能決定成敗的速度與質(zhì)量。在case非泡pu體系中，尤其是在低溫固化與高固含量體系中，選擇合適的催化劑，不僅關(guān)乎產(chǎn)品的性能，更直接影響施工效率、環(huán)保合規(guī)以及客戶(hù)的滿(mǎn)意度。

當(dāng)然，催化劑不是萬(wàn)能的，它只是整個(gè)配方中的一環(huán)。要想真正做好一款聚氨酯產(chǎn)品，還需要從原料選擇、工藝控制、設(shè)備配套等多個(gè)方面通盤(pán)考慮。但毋庸置疑的是，一個(gè)好的催化劑，絕對(duì)是你通往成功路上不可或缺的“神助攻”。

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參考文獻(xiàn)（節(jié)選）

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 張偉, 李明. 聚氨酯催化劑研究進(jìn)展[j]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2021, 19(3): 45-52.
2. 王芳, 劉洋. 低溫固化聚氨酯膠黏劑的研究[j]. 粘接, 2020, 41(6): 33-37.
3. gb/t 23997-2009, 室內(nèi)裝飾裝修用膠黏劑中有害物質(zhì)限量[s].

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. frisch, k. c., & saunders, j. h. (1962). the chemistry of polyurethanes. interscience publishers.
2. g. oertel (ed.). (1993). polyurethane handbook (2nd ed.). hanser verlag.
3. liu, y., et al. (2022). development of non-tin catalysts for polyurethane systems: a review. progress in polymer science, 112, 101503.
4. m. szycher (ed.). (1999). szycher’s handbook of polyurethanes (2nd ed.). crc press.

（全文完）

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公司其它產(chǎn)品展示:

• nt cat t-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。

• nt cat ul1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于t-12。

• nt cat ul22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比t-12高，優(yōu)異的耐水解性能。

• nt cat ul28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代t-12。

• nt cat ul30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• nt cat ul50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• nt cat ul54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。

• nt cat si220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于ms膠，活性比t-12高。

• nt cat mb20 適用有機(jī)鉍類(lèi)催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。

• nt cat dbu 適用有機(jī)胺類(lèi)催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。