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探索雙嗎啉二乙基醚dmdee在軟質(zhì)和硬質(zhì)聚氨酯泡沫中的廣泛應(yīng)用

雙嗎啉二乙基醚(dmdee):聚氨酯泡沫中的“隱形推手”

在聚氨酯工業(yè)的江湖中,有這樣一種“幕后英雄”,它不顯山不露水,卻在軟質(zhì)和硬質(zhì)泡沫的成型過程中,扮演著至關(guān)重要的角色。它就是——雙嗎啉二乙基醚,英文名dimorpholinodiethylether,簡稱dmdee。

今天,我們就來揭開這位“隱形推手”的神秘面紗,看看它如何在聚氨酯泡沫的江湖中大展身手,既能在柔軟的沙發(fā)墊里輕盈起舞,也能在冰箱的保溫層中穩(wěn)如泰山。


一、什么是dmdee?

dmdee,全稱雙嗎啉二乙基醚,是一種結(jié)構(gòu)對稱、性能穩(wěn)定的有機(jī)胺類化合物。它的化學(xué)式是c??h??n?o?,分子量約為260.33,外觀為無色至淺黃色透明液體,略帶氨味。作為一種反應(yīng)型催化劑,dmdee主要用在聚氨酯發(fā)泡體系中,尤其是在聚氨酯軟泡和硬泡中,具有非常廣泛的應(yīng)用。

物理參數(shù) 數(shù)值
分子式 c??h??n?o?
分子量 260.33 g/mol
外觀 無色至淺黃色液體
沸點(diǎn) 約310℃
密度(25℃) 1.13–1.15 g/cm3
粘度(25℃) 30–50 mpa·s
溶解性 可溶于水、醇類、酮類等極性溶劑
ph值(1%水溶液) 8.5–9.5

二、dmdee的作用機(jī)制:它到底是怎么“推”的?

聚氨酯發(fā)泡的過程,本質(zhì)上是異氰酸酯(如mdi、tdi)與多元醇在催化劑作用下發(fā)生聚合反應(yīng),生成氨基甲酸酯結(jié)構(gòu),并釋放出二氧化碳?xì)怏w,從而形成泡沫結(jié)構(gòu)。這個過程需要催化劑來加速反應(yīng),而dmdee就是其中一種非常高效的反應(yīng)型催化劑。

dmdee的主要作用是促進(jìn)異氰酸酯與水的反應(yīng)(即發(fā)泡反應(yīng)),生成二氧化碳?xì)怏w,從而推動泡沫膨脹。同時,它也能適度促進(jìn)異氰酸酯與多元醇的凝膠反應(yīng),幫助泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定成型。

與其他胺類催化劑相比,dmdee的特別之處在于:

  • 反應(yīng)選擇性好:它對發(fā)泡反應(yīng)的催化作用強(qiáng)于對凝膠反應(yīng)的催化,因此更適合用于需要大量氣體釋放的泡沫體系。
  • 延遲性適中:它不像某些強(qiáng)堿性催化劑那樣反應(yīng)過快,導(dǎo)致泡沫過早凝膠、結(jié)構(gòu)不均,而是能提供一個“剛剛好”的延遲時間,讓泡沫充分膨脹。
  • 環(huán)保性佳:dmdee不含重金屬,揮發(fā)性低,對環(huán)境和人體相對友好。

三、dmdee在軟質(zhì)聚氨酯泡沫中的應(yīng)用

軟質(zhì)聚氨酯泡沫廣泛應(yīng)用于家具、床墊、汽車座椅、地毯襯墊等領(lǐng)域,要求泡沫柔軟、回彈性好、透氣性佳。在這些應(yīng)用中,dmdee常常作為主催化劑或輔助催化劑使用。

1. 家具海綿

在家具海綿的生產(chǎn)中,dmdee能夠有效控制發(fā)泡速度,使得泡沫均勻細(xì)膩,手感柔軟,同時提高泡沫的開孔率,增強(qiáng)透氣性。

2. 汽車座椅

汽車座椅對泡沫的舒適性和耐用性要求極高。dmdee在這里的作用是調(diào)節(jié)發(fā)泡與凝膠的平衡,確保泡沫既不會太軟塌,也不會過硬,達(dá)到“坐感舒適、支撐有力”的效果。

3. 高回彈泡沫(hr泡沫)

在高回彈泡沫中,dmdee與錫類催化劑配合使用,能顯著提升泡沫的回彈性和承載能力,是高端床墊和辦公椅的重要配方組成部分。

應(yīng)用領(lǐng)域 dmdee用量(pphp) 催化特點(diǎn) 泡沫性能影響
家具海綿 0.3–0.8 強(qiáng)發(fā)泡,中等凝膠 細(xì)泡孔,柔軟性好
汽車座椅 0.5–1.0 平衡型 舒適性與支撐性兼顧
高回彈泡沫 0.4–0.7 + 錫催化劑 協(xié)同效應(yīng) 回彈力強(qiáng),承載性好

四、dmdee在硬質(zhì)聚氨酯泡沫中的應(yīng)用

如果說軟泡是“棉花糖”,那么硬泡就是“保溫磚”。硬質(zhì)聚氨酯泡沫主要用于冰箱、冷庫、建筑保溫、管道保溫等領(lǐng)域,對泡沫的閉孔率、導(dǎo)熱系數(shù)、壓縮強(qiáng)度等性能要求極高。

dmdee在這類泡沫中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

1. 控制發(fā)泡速度

硬泡成型過程中,發(fā)泡過快會導(dǎo)致氣泡破裂,影響保溫性能;發(fā)泡過慢則會導(dǎo)致泡沫塌陷。dmdee的中等催化活性正好可以平衡這一過程,使泡沫均勻閉孔,結(jié)構(gòu)致密。

2. 改善流動性

在噴涂或澆注硬泡體系中,dmdee可以提高原料的流動性,使得泡沫能夠更好地填充模具或施工表面,減少空洞和缺陷。

2. 改善流動性

在噴涂或澆注硬泡體系中,dmdee可以提高原料的流動性,使得泡沫能夠更好地填充模具或施工表面,減少空洞和缺陷。

3. 降低脆性

硬泡有時會因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)過于致密而變得脆性大,dmdee通過適度調(diào)節(jié)發(fā)泡與凝膠的關(guān)系,有助于降低泡沫的脆性,提高其韌性。

應(yīng)用領(lǐng)域 dmdee用量(pphp) 催化特點(diǎn) 泡沫性能影響
冰箱保溫 0.2–0.5 中等發(fā)泡 閉孔率高,導(dǎo)熱系數(shù)低
建筑噴涂 0.3–0.7 流動性好 填充性佳,無空隙
管道保溫 0.2–0.6 延遲性適中 成型均勻,機(jī)械強(qiáng)度好

五、dmdee的“兄弟姐妹”:和其他催化劑的協(xié)同效應(yīng)

dmdee雖然優(yōu)秀,但并不是“孤軍奮戰(zhàn)”。它常常與其它催化劑協(xié)同使用,形成“黃金組合”,發(fā)揮1+1>2的效果。

1. 與錫類催化劑(如t-9、t-12)配合

錫類催化劑主要促進(jìn)凝膠反應(yīng),而dmdee則偏重于發(fā)泡反應(yīng)。兩者搭配,可以實(shí)現(xiàn)發(fā)泡與凝膠的完美平衡,尤其適用于高回彈泡沫和高密度硬泡。

2. 與三乙烯二胺(teda)配合

teda是一種強(qiáng)堿性催化劑,反應(yīng)速度快,容易造成泡沫過早凝膠。而dmdee反應(yīng)溫和,可以起到“緩釋”作用,延長乳白時間,改善泡沫結(jié)構(gòu)。

3. 與延遲型胺類催化劑(如dmp-30)配合

dmp-30是一種延遲型催化劑,反應(yīng)時間較長,適合用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的發(fā)泡工藝。dmdee與之配合,可以提供一個“先快后慢”的催化曲線,適應(yīng)不同工藝需求。


六、dmdee的使用注意事項(xiàng)

雖然dmdee性能優(yōu)越,但在實(shí)際應(yīng)用中也需注意以下幾點(diǎn):

  1. 控制用量:dmdee用量過多會導(dǎo)致泡沫過度膨脹、結(jié)構(gòu)松散,甚至塌泡;用量太少則催化不足,影響成型。
  2. 儲存條件:dmdee應(yīng)密封避光保存,避免高溫和潮濕環(huán)境,防止水解或變質(zhì)。
  3. 安全防護(hù):盡管dmdee毒性較低,但仍需佩戴防護(hù)手套和口罩,避免直接接觸皮膚或吸入蒸氣。
  4. 配伍性測試:不同配方體系中dmdee的適用性可能有所不同,建議在大規(guī)模應(yīng)用前進(jìn)行小樣試驗(yàn)。

七、dmdee的市場現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

隨著全球聚氨酯行業(yè)的持續(xù)發(fā)展,dmdee的需求也在穩(wěn)步增長。特別是在中國、印度、東南亞等新興市場,軟泡和硬泡的消費(fèi)量逐年上升,帶動了dmdee的市場擴(kuò)張。

目前,dmdee的主要生產(chǎn)商包括美國空氣產(chǎn)品(air products)、德國()、中國化學(xué)、藍(lán)星東大、中科院長春應(yīng)化所等。國內(nèi)企業(yè)近年來在技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品質(zhì)量上取得了長足進(jìn)步,已能替代部分進(jìn)口產(chǎn)品。

未來,dmdee的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

  • 綠色化:開發(fā)低voc、無重金屬、可生物降解的新型催化劑;
  • 功能化:賦予催化劑更多附加功能,如阻燃、抗菌、抗老化等;
  • 定制化:根據(jù)不同應(yīng)用需求,開發(fā)專用型dmdee衍生物;
  • 智能化:結(jié)合智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)催化劑添加的精確控制。

八、結(jié)語:dmdee——聚氨酯世界的“隱形高手”

在這個看似平凡的聚氨酯世界里,dmdee就像是一位低調(diào)的武林高手,沒有花哨的招式,卻在關(guān)鍵時刻一擊定乾坤。它讓沙發(fā)更柔軟,讓冰箱更節(jié)能,讓建筑更保溫,讓生活更舒適。

它不喧嘩,卻自有力量。


參考文獻(xiàn)(部分)

國外文獻(xiàn):

  1. g. oertel (ed.), polyurethane handbook, 2nd edition, hanser publishers, 1993.
  2. j.h. saunders, k.c. frisch, chemistry of polyurethanes, part i & ii, crc press, 1962–1964.
  3. m. szycher, szycher’s handbook of polyurethanes, 2nd edition, crc press, 2012.
  4. h. ulrich, chemistry and technology of isocyanates, wiley, 1998.
  5. air products technical bulletin: dmdee – a versatile catalyst for polyurethane foams, 2020.

國內(nèi)文獻(xiàn):

  1. 王文廣,《聚氨酯材料實(shí)用技術(shù)手冊》,化學(xué)工業(yè)出版社,2009年。
  2. 李培杰、劉振源,《聚氨酯泡沫塑料》,機(jī)械工業(yè)出版社,2015年。
  3. 中國化工信息中心,《聚氨酯催化劑技術(shù)進(jìn)展與市場分析》,2021年。
  4. 中科院長春應(yīng)化所,《新型環(huán)保聚氨酯催化劑的研究進(jìn)展》,《高分子通報》,2020年第5期。
  5. 化學(xué)技術(shù)中心,《dmdee在軟硬泡中的應(yīng)用研究》,內(nèi)部技術(shù)資料,2022年。

作者注:
本文以通俗易懂的語言,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用與理論知識,力求讓讀者全面了解dmdee在聚氨酯泡沫中的作用與價值。文中數(shù)據(jù)和觀點(diǎn)均來自公開資料,如有疏漏,歡迎批評指正。

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • nt cat 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑,不含rohs所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • nt cat c-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • nt cat c-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比a-14活性低;

  • nt cat c-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲存時間長;

  • nt cat c-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • nt cat c-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • nt cat c-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動性和耐水解性;

  • nt cat c-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • nt cat c-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代a-14,添加量為a-14的50-60%;

  • nt cat mb20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對較低;

  • nt cat t-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • nt cat t-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,t-125催化劑對氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及case應(yīng)用中。

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