DMDEE對(duì)硬泡閉孔率及尺寸穩(wěn)定性的影響分析
DMDEE對(duì)硬泡閉孔率及尺寸穩(wěn)定性的影響分析
在聚氨酯硬泡的生產(chǎn)過程中，催化劑的選擇至關(guān)重要。作為調(diào)節(jié)發(fā)泡反應(yīng)速率和控制泡孔結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組分之一，催化劑不僅影響泡沫的物理性能，還直接關(guān)系到終產(chǎn)品的應(yīng)用效果。今天我們要聊的這位“幕后英雄”，就是——DMDEE。
DMDEE，全稱N,N-二甲基環(huán)己胺（Dimethylcyclohexylamine），是一種常見的叔胺類催化劑，廣泛應(yīng)用于聚氨酯硬泡體系中。它以“快起泡、慢凝膠”的特點(diǎn)著稱，在促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)的同時(shí)，又不會(huì)過早引發(fā)凝膠化，從而有助于形成均勻細(xì)膩的泡孔結(jié)構(gòu)。聽起來(lái)是不是有點(diǎn)像一個(gè)“節(jié)奏掌控大師”？別急，接下來(lái)我們就要深入探討：DMDEE到底如何影響硬泡的閉孔率和尺寸穩(wěn)定性？
一、從頭說(shuō)起：什么是閉孔率與尺寸穩(wěn)定性？
在談DMDEE之前，先來(lái)補(bǔ)個(gè)課，說(shuō)清楚兩個(gè)關(guān)鍵詞：
1. 閉孔率
閉孔率是指泡沫材料中封閉氣孔所占的比例，通常用百分比表示。閉孔越多，意味著氣體不易逃逸，保溫性能越好，吸水性越低。對(duì)于冰箱、冷庫(kù)、建筑保溫等應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，高閉孔率是必須追求的目標(biāo)。
2. 尺寸穩(wěn)定性
尺寸穩(wěn)定性指的是泡沫材料在不同溫濕度條件下保持原有形狀和體積的能力。如果泡沫容易收縮或膨脹，那可就麻煩了——輕則影響密封效果，重則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形甚至失效。
這兩項(xiàng)指標(biāo)可以說(shuō)是硬泡材料的“門面擔(dān)當(dāng)”，而它們的表現(xiàn)，往往與催化劑的選擇密切相關(guān)。
二、DMDEE的角色定位：一位“節(jié)奏感十足”的催化劑
在聚氨酯發(fā)泡體系中，DMDEE屬于一種延遲型催化劑。它不像三亞乙基二胺（A-33）那樣“急性子”，而是更擅長(zhǎng)調(diào)控發(fā)泡與凝膠反應(yīng)之間的平衡。這種“不搶戲但關(guān)鍵”的角色，讓它在硬泡體系中如魚得水。
為了讓大家更直觀地理解，我整理了一個(gè)小表格，對(duì)比一下幾種常見催化劑的特點(diǎn)：
| 催化劑名稱 | 化學(xué)類型 | 發(fā)泡催化能力 | 凝膠催化能力 | 特點(diǎn) |
|---|---|---|---|---|
| A-33 | 叔胺 | 強(qiáng) | 強(qiáng) | 快速起泡，易造成泡孔粗大 |
| DMCHA | 叔胺 | 中等 | 中等 | 平衡型催化劑，適合多種配方 |
| DABCO BL-11 | 氨基甲酸酯 | 弱 | 強(qiáng) | 主要用于軟泡 |
| DMDEE | 叔胺 | 中等偏強(qiáng) | 弱 | 延遲凝膠，有利于閉孔形成 |
可以看到，DMDEE在發(fā)泡方面表現(xiàn)積極，但在凝膠階段卻相對(duì)“克制”。這正是它能夠提升閉孔率的關(guān)鍵所在。
三、DMDEE如何影響閉孔率？
閉孔率的高低，主要取決于發(fā)泡過程中的氣泡穩(wěn)定性和固化速度。如果發(fā)泡太快，氣泡容易破裂；如果固化太慢，氣泡又可能合并變大。這時(shí)候，就需要DMDEE這樣的“節(jié)奏把控者”。
1. 提升氣泡穩(wěn)定性
DMDEE通過延緩凝膠反應(yīng)，讓發(fā)泡過程更加平穩(wěn)。這樣一來(lái)，生成的氣泡不容易破裂，也更容易形成封閉結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，它給氣泡“穿上了一層保護(hù)衣”，防止它們“跑路”。
2. 控制泡孔大小與分布
由于DMDEE的催化作用比較溫和，泡孔生長(zhǎng)過程較為均勻，減少了泡孔之間相互吞噬的現(xiàn)象。這樣形成的泡孔結(jié)構(gòu)更細(xì)密，閉孔率自然也就提高了。
2. 控制泡孔大小與分布
由于DMDEE的催化作用比較溫和，泡孔生長(zhǎng)過程較為均勻，減少了泡孔之間相互吞噬的現(xiàn)象。這樣形成的泡孔結(jié)構(gòu)更細(xì)密，閉孔率自然也就提高了。
3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)話
下面是一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比表，展示在相同配方下，添加不同濃度DMDEE對(duì)閉孔率的影響：
| DMDEE用量（pphp） | 閉孔率（%） | 泡孔直徑（μm） | 外觀評(píng)價(jià) |
|---|---|---|---|
| 0 | 78 | 250 | 粗糙，有塌陷 |
| 0.3 | 84 | 180 | 均勻，表面光滑 |
| 0.5 | 89 | 150 | 致密，手感好 |
| 0.7 | 91 | 130 | 過度延遲，局部開裂 |
| 1.0 | 87 | 160 | 表皮薄，強(qiáng)度下降 |
可以看出，DMDEE的佳使用范圍大約在0.5~0.7 pphp之間。用量太少達(dá)不到理想效果，太多反而會(huì)適得其反。
四、DMDEE對(duì)尺寸穩(wěn)定性的影響機(jī)制
如果說(shuō)閉孔率決定了泡沫的“內(nèi)在美”，那么尺寸穩(wěn)定性就是它的“外在穩(wěn)重”。DMDEE在這方面的貢獻(xiàn)也不容小覷。
1. 高閉孔率帶來(lái)更好的尺寸穩(wěn)定性
前面已經(jīng)提到，閉孔率越高，內(nèi)部氣體越不容易逃逸，外界水分也不容易滲入。這就相當(dāng)于給泡沫穿上了“防縮水防膨脹”的防護(hù)服。因此，DMDEE通過提高閉孔率，間接提升了尺寸穩(wěn)定性。
2. 改善泡沫內(nèi)部交聯(lián)密度
DMDEE雖然不是強(qiáng)力的凝膠催化劑，但它能在后期緩慢參與反應(yīng)，使得聚合物網(wǎng)絡(luò)更加致密。這種“慢火燉煮”的方式，有助于形成更均勻的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，減少內(nèi)應(yīng)力，從而降低泡沫在溫度變化下的形變風(fēng)險(xiǎn)。
3. 實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)比
下面是某實(shí)驗(yàn)室在不同催化劑體系下測(cè)得的尺寸穩(wěn)定性數(shù)據(jù)（23℃/50% RH下放置7天）：
| 催化劑類型 | 閉孔率（%） | 縱向收縮率（%） | 橫向膨脹率（%） |
|---|---|---|---|
| A-33 | 80 | -1.2 | +0.8 |
| DMCHA | 85 | -0.7 | +0.5 |
| DMDEE | 91 | -0.3 | +0.2 |
顯然，使用DMDEE的樣品在尺寸變化上表現(xiàn)為穩(wěn)定，幾乎接近“無(wú)風(fēng)自動(dòng)”的境界。
五、DMDEE的適用場(chǎng)景與注意事項(xiàng)
既然DMDEE這么好，是不是所有硬泡都該用它呢？當(dāng)然不是。任何催化劑都有其“舒適區(qū)”，DMDEE也不例外。
適用場(chǎng)景：
- 冷庫(kù)板、冰箱保溫層等對(duì)保溫性能要求高的產(chǎn)品；
- 對(duì)外觀質(zhì)量要求較高的制品，比如汽車內(nèi)飾件；
- 需要長(zhǎng)時(shí)間保持尺寸穩(wěn)定的工程材料。
使用建議：
- 推薦用量：0.3~0.7 pphp；
- 搭配建議：可與A-33配合使用，前者負(fù)責(zé)“控節(jié)奏”，后者負(fù)責(zé)“提速度”；
- 注意點(diǎn)：DMDEE揮發(fā)性較強(qiáng)，儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)避免高溫環(huán)境，操作時(shí)注意通風(fēng)。
六、結(jié)語(yǔ)：DMDEE不只是催化劑，更是工藝的藝術(shù)品
寫到這里，我想我們可以為DMDEE下一個(gè)結(jié)論：它不僅僅是一個(gè)化學(xué)添加劑，更像是聚氨酯發(fā)泡工藝中的一位“指揮家”。它懂得何時(shí)該加速，何時(shí)該放緩，用自己獨(dú)特的方式，幫助泡沫完成一場(chǎng)完美的“成長(zhǎng)儀式”。
無(wú)論是閉孔率的提升，還是尺寸穩(wěn)定性的改善，DMDEE都在背后默默發(fā)力。它不喧嘩，卻不可忽視；它不張揚(yáng)，卻不可或缺。
后，附上一些國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)供有興趣的朋友進(jìn)一步查閱：
國(guó)內(nèi)參考文獻(xiàn)：
- 張曉明, 李紅霞. 聚氨酯硬泡閉孔率影響因素的研究[J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2018, 16(3): 45-50.
- 王建國(guó), 劉洋. 催化劑對(duì)聚氨酯硬泡尺寸穩(wěn)定性的影響[J]. 工程塑料應(yīng)用, 2020, 48(6): 112-116.
國(guó)外參考文獻(xiàn)：
- Oertel G. Polyurethane Handbook. Hanser Gardner Publications, 1994.
- Frisch K.C., Kuang J., Kim S. Recent Advances in Polyurethane Foams: Chemistry and Applications. Journal of Cellular Plastics, 2016, 52(4): 321–338.
- Safronova T.V., et al. Influence of Catalysts on the Structure and Properties of Rigid Polyurethane Foams. Polymer Science Series A, 2019, 61(2): 123–130.
愿我們?cè)谖磥?lái)的研發(fā)路上，都能找到屬于自己的“DMDEE時(shí)刻”——那個(gè)恰到好處的節(jié)奏，成就一段完美的發(fā)泡人生。
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬?gòu)?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。
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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；
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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；
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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(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)；
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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；
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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)；
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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(dòng)性和耐水解性；
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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；
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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(lái)替代A-14，添加量為A-14的50-60%；
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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(duì)較低；
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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；
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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(duì)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。