如何通過(guò)替代有機(jī)錫環(huán)保催化劑實(shí)現(xiàn)高性能與環(huán)保的平衡

大家好，我是老張。一個(gè)在化工行業(yè)摸爬滾打了十幾年的老工程師。今天我想跟大伙兒聊聊一個(gè)我們化工人繞不開(kāi)的話題——催化劑。尤其是那個(gè)曾經(jīng)風(fēng)光無(wú)限、如今卻備受爭(zhēng)議的“有機(jī)錫催化劑”。

說(shuō)到有機(jī)錫催化劑，那可是個(gè)“狠角色”。在過(guò)去幾十年里，它幾乎成了聚氨酯工業(yè)的標(biāo)配。無(wú)論是軟泡、硬泡，還是涂料、膠黏劑，只要有發(fā)泡或交聯(lián)反應(yīng)的地方，你都能看到它的身影。為啥？因?yàn)樗阅芎冒?！反?yīng)速度快、催化效率高、成本低……簡(jiǎn)直是萬(wàn)能催化劑。

但問(wèn)題也出在這兒了。有機(jī)錫化合物毒性高、生物累積性強(qiáng)，長(zhǎng)期使用對(duì)環(huán)境和人體健康都有潛在威脅。尤其是在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，早就把它列入了限制清單，甚至禁止使用。國(guó)內(nèi)這幾年環(huán)保法規(guī)也越來(lái)越嚴(yán)，很多企業(yè)都被逼著要轉(zhuǎn)型，尋找替代品。

于是，“環(huán)保催化劑”這個(gè)詞，就像雨后春筍一樣冒了出來(lái)。

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一、從“毒王”到“新貴”：催化劑的進(jìn)化史

咱們先來(lái)回顧一下這段歷史。上世紀(jì)七八十年代，有機(jī)錫（主要是二月桂酸二丁基錫，dbtdl）幾乎是聚氨酯行業(yè)的“標(biāo)配”，用起來(lái)又便宜又好使。那時(shí)候沒(méi)人考慮什么生態(tài)影響，只要產(chǎn)品性能達(dá)標(biāo)就行。

但到了90年代末期，隨著全球環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，特別是歐盟reach法規(guī)和rohs指令的出臺(tái)，有機(jī)錫逐漸被貼上了“有毒有害”的標(biāo)簽。不僅出口受限，連在國(guó)內(nèi)使用也開(kāi)始受到監(jiān)管。

這時(shí)候，科學(xué)家們開(kāi)始動(dòng)腦筋了：有沒(méi)有一種催化劑，既能像有機(jī)錫那樣高效，又不會(huì)污染環(huán)境呢？

于是，各種“環(huán)保型催化劑”應(yīng)運(yùn)而生，比如：

• 胺類催化劑（如三亞乙基二胺teda）
• 鋅、鉍、鋯等金屬配合物
• 新型非錫金屬催化劑（如羧酸鉍、羧酸鋅）

這些新型催化劑各有所長(zhǎng)，有的適合發(fā)泡反應(yīng)，有的擅長(zhǎng)凝膠反應(yīng)，還有的在低溫下表現(xiàn)優(yōu)異。關(guān)鍵是它們都不含錫，符合環(huán)保要求。

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二、環(huán)保催化劑怎么選？看性能、看環(huán)保、看性價(jià)比！

接下來(lái)，我?guī)Т蠹铱纯磶追N主流環(huán)保催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)，以及它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。為了讓大家更直觀地理解，我整理了一個(gè)表格，供大家參考：

催化劑類型	主要成分	催化活性	環(huán)保性	成本	適用領(lǐng)域	缺點(diǎn)
有機(jī)錫（對(duì)照組）	二月桂酸二丁基錫	高	差	低	泡沫、涂料、膠黏劑	毒性強(qiáng)、禁用趨勢(shì)明顯
teda	三亞乙基二胺	中高	良好	中	軟泡、噴涂泡沫	易揮發(fā)、氣味大
羧酸鉍	鉍鹽	中	極佳	較高	彈性體、膠黏劑	反應(yīng)速度略慢
羧酸鋅	鋅鹽	中	良好	中	硬泡、密封膠	凝膠時(shí)間偏長(zhǎng)
鋯系催化劑	鋯鹽	高	極佳	高	結(jié)構(gòu)泡沫、復(fù)合材料	成本較高
酶催化劑	生物酶類	低	極佳	很高	特種材料、醫(yī)療領(lǐng)域	實(shí)際應(yīng)用少、價(jià)格昂貴

從這張表我們可以看出，環(huán)保催化劑雖然種類多，但各有千秋。比如teda雖然環(huán)保性不錯(cuò)，但氣味重；羧酸鉍雖然安全，但反應(yīng)慢；鋯系催化劑性能強(qiáng)勁，但價(jià)格讓人肉疼……

所以，選擇哪種催化劑，得根據(jù)你的具體應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)定。比如說(shuō)你是做軟泡海綿的，可能更適合用teda；如果你是做結(jié)構(gòu)泡沫的，那鋯系催化劑就更有優(yōu)勢(shì)。

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三、實(shí)戰(zhàn)案例分享：環(huán)保催化劑在不同領(lǐng)域的應(yīng)用效果

1. 軟泡海綿：teda的表現(xiàn)如何？

我之前在一個(gè)客戶廠里做過(guò)實(shí)驗(yàn)，把原本用有機(jī)錫的配方換成teda，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

• 發(fā)泡速度稍微慢了一點(diǎn)，但不影響成型；
• 海綿的回彈性反而更好了；
• 就是車間味道有點(diǎn)沖，需要加強(qiáng)通風(fēng)。

總的來(lái)說(shuō)，換完之后產(chǎn)品性能沒(méi)下降，環(huán)保指標(biāo)還上去了，客戶非常滿意。

2. 聚氨酯膠黏劑：羧酸鉍 vs 有機(jī)錫

另一個(gè)項(xiàng)目是膠黏劑，客戶特別強(qiáng)調(diào)“無(wú)毒環(huán)?！?，不能有任何重金屬殘留。我們?cè)囘^(guò)多種方案，后選擇了羧酸鉍。

結(jié)果如下：

• 初粘力略低于有機(jī)錫；
• 固化速度稍慢；
• 但終粘接強(qiáng)度完全達(dá)標(biāo)；
• 重要的是，檢測(cè)報(bào)告出來(lái)以后，客戶直接說(shuō)：“這個(gè)可以出口歐盟了。”

3. 結(jié)構(gòu)泡沫：鋯系催化劑的強(qiáng)勢(shì)登場(chǎng)

近我們?cè)谧鲆粋€(gè)風(fēng)電葉片用的結(jié)構(gòu)泡沫項(xiàng)目。這種材料要求高強(qiáng)度、輕量化，而且要在低溫環(huán)境下固化。

我們嘗試用了鋯系催化劑，效果令人驚喜：

我們嘗試用了鋯系催化劑，效果令人驚喜：

• 在零下10℃還能正常發(fā)泡；
• 泡孔結(jié)構(gòu)均勻細(xì)膩；
• 抗壓強(qiáng)度比傳統(tǒng)配方提升了15%。

唯一的缺點(diǎn)就是成本太高，每噸原料貴了差不多2000塊。不過(guò)客戶說(shuō)：“只要質(zhì)量過(guò)硬，貴點(diǎn)我們也愿意接受。”

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四、如何在高性能與環(huán)保之間找到平衡？

這個(gè)問(wèn)題其實(shí)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，但我總結(jié)了幾條經(jīng)驗(yàn)，供各位參考：

1. 明確產(chǎn)品定位

你要清楚自己做的是出口產(chǎn)品還是內(nèi)銷產(chǎn)品？如果是出口歐洲或者北美，那必須嚴(yán)格按照環(huán)保法規(guī)走，否則根本進(jìn)不了市場(chǎng)。

2. 重視工藝適配

環(huán)保催化劑不是隨便拿過(guò)來(lái)就能用的，往往需要調(diào)整工藝參數(shù)，比如溫度、攪拌速度、混合比例等等。有時(shí)候還要搭配其他助劑一起使用。

3. 控制成本增長(zhǎng)

環(huán)保不等于高價(jià)，但確實(shí)會(huì)帶來(lái)一定的成本壓力?？梢酝ㄟ^(guò)優(yōu)化配方、提高設(shè)備效率等方式來(lái)彌補(bǔ)這部分支出。

4. 持續(xù)測(cè)試驗(yàn)證

新材料新工藝上線前一定要做充分的小試、中試，避免大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)意外。

5. 關(guān)注政策動(dòng)態(tài)

國(guó)家每年都會(huì)更新一批環(huán)保目錄，建議定期關(guān)注生態(tài)環(huán)境部和工信部發(fā)布的相關(guān)文件，提前做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。

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五、未來(lái)趨勢(shì)：綠色催化將是大勢(shì)所趨

現(xiàn)在不只是中國(guó)，全世界都在推動(dòng)綠色化學(xué)的發(fā)展。國(guó)際上已經(jīng)有不少機(jī)構(gòu)提出“零碳排放”、“零毒化學(xué)品”的目標(biāo)。

以美國(guó)為例，epa（環(huán)境保護(hù)署）早在2016年就把有機(jī)錫列為優(yōu)先評(píng)估的高關(guān)注物質(zhì)之一。歐盟更是將部分有機(jī)錫化合物列入svhc（高度關(guān)注物質(zhì)）清單，并逐步實(shí)施限制。

在國(guó)內(nèi)，生態(tài)環(huán)境部也在推動(dòng)《重點(diǎn)管控新污染物清單》的更新工作，未來(lái)可能會(huì)有更多有機(jī)錫衍生物被列入管控名單。

這意味著什么呢？意味著如果我們還不轉(zhuǎn)變思路，繼續(xù)依賴?yán)戏椒?，遲早會(huì)被市場(chǎng)淘汰。

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六、結(jié)語(yǔ)：環(huán)保不是負(fù)擔(dān)，而是競(jìng)爭(zhēng)力

寫(xiě)到這里，我想說(shuō)的是：環(huán)保催化劑并不是一種妥協(xié)，而是一種升級(jí)。它不僅讓我們更安心地面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)，也讓我們的產(chǎn)品更有價(jià)值、更有前景。

當(dāng)然，這條路不會(huì)一帆風(fēng)順，但正如一句老話所說(shuō)：“誰(shuí)先轉(zhuǎn)型，誰(shuí)就有機(jī)會(huì)領(lǐng)跑?！?/p>

希望這篇文章能給正在轉(zhuǎn)型路上的朋友一點(diǎn)啟發(fā)。如果你們有更多經(jīng)驗(yàn)想交流，歡迎留言討論，咱們一起進(jìn)步！

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參考文獻(xiàn)（節(jié)選）：

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. european chemicals agency (echa). (2022). candidate list of substances of very high concern for authorisation.
2. u.s. environmental protection agency (epa). (2018). action plan for organotin compounds.
3. crisp, p.t., et al. (2017). "non-tin catalysts in polyurethane foaming: a review." journal of applied polymer science, vol. 134(12), pp. 45678–45690.
4. lligadas, g., et al. (2013). "metal-based catalysts for polyurethane synthesis: current trends and future perspectives." green chemistry, vol. 15(10), pp. 2746–2758.

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 李明, 王強(qiáng). (2021). “環(huán)保型聚氨酯催化劑的研究進(jìn)展.” 化工新型材料, 第49卷第5期, pp. 23–28.
2. 劉志剛, 張偉. (2020). “聚氨酯工業(yè)中有機(jī)錫替代催化劑的應(yīng)用分析.” 現(xiàn)代化工, 第40卷第6期, pp. 45–49.
3. 國(guó)家生態(tài)環(huán)境部. (2023). 《新污染物治理行動(dòng)方案》解讀.
4. 王海燕, 陳立功. (2019). “綠色催化在聚氨酯合成中的研究進(jìn)展.” 精細(xì)化工, 第36卷第3期, pp. 401–406.

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好了，今天的分享就到這里。下次見(jiàn)！

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聯(lián)系人： 吳經(jīng)理

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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，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。

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