新典化學(xué)產(chǎn)品創(chuàng)新：聚氨酯金屬催化劑 MB20

一、引言

在化工材料領(lǐng)域，聚氨酯（Polyurethane, PU）因其優(yōu)異的物理性能、耐化學(xué)品性和可加工性而廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、家具、電子等多個(gè)行業(yè)。聚氨酯的合成過程依賴于高效的催化體系，其中金屬催化劑扮演著至關(guān)重要的角色。近年來(lái)，隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格和綠色制造理念的推廣，開發(fā)高效、低毒、可替代傳統(tǒng)有機(jī)錫類催化劑的新一代金屬催化劑成為研究熱點(diǎn)。

新典化學(xué)作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的精細(xì)化學(xué)品制造商，在聚氨酯催化劑領(lǐng)域持續(xù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品研發(fā)。其最新推出的MB20聚氨酯金屬催化劑，是一款基于有機(jī)鉍化合物的新型非錫類催化劑，具有反應(yīng)活性高、選擇性強(qiáng)、環(huán)保安全等優(yōu)勢(shì)，適用于多種聚氨酯發(fā)泡工藝及彈性體系統(tǒng)。本文將圍繞MB20的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物化參數(shù)、催化機(jī)理、應(yīng)用性能以及與其他主流催化劑的對(duì)比等方面展開深入探討，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果對(duì)其技術(shù)前景進(jìn)行分析。

二、MB20 聚氨酯金屬催化劑的基本信息

1. 化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)

MB20是一種有機(jī)鉍（Bismuth）配合物型催化劑，主要成分為辛酸鉍（Bismuth Neodecanoate）。其分子式為Bi(C??H??O?)?，外觀為淡黃色至棕色透明液體，具有良好的熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

表1：MB20 主要化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)特征

項(xiàng)目 內(nèi)容

中文名稱 辛酸鉍

英文名稱 Bismuth Neodecanoate

分子式 Bi(C??H??O?)?

分子量 約794 g/mol

外觀 淡黃色至棕色透明液體

溶解性 可溶于常見有機(jī)溶劑如甲苯、丙酮、DMF等

熔點(diǎn) < -20°C（液態(tài)）

密度（25°C） 1.35-1.40 g/cm3

2. 物理化學(xué)參數(shù)

MB20的物理化學(xué)性質(zhì)決定了其在聚氨酯體系中的適用性與穩(wěn)定性。以下為其典型物化參數(shù)：

表2：MB20 的物理化學(xué)參數(shù)

參數(shù) 數(shù)值范圍 測(cè)試方法

固含量 ≥85% ASTM D2572

粘度（25°C） 100–300 mPa·s Brookfield粘度計(jì)

pH 值（1%溶液） 5.0–7.0 pH計(jì)測(cè)定

閃點(diǎn) >100°C ASTM D92

熱穩(wěn)定性 ≤200°C TGA測(cè)試

儲(chǔ)存穩(wěn)定性（密封避光） ≥12個(gè)月 ISO 15190

三、催化機(jī)理與反應(yīng)特性

1. 聚氨酯反應(yīng)基礎(chǔ)

聚氨酯是由多元醇（Polyol）與多異氰酸酯（Polyisocyanate）通過逐步加成聚合反應(yīng)形成的高分子材料。其核心反應(yīng)包括：

氨基甲酸酯反應(yīng)：R–NCO + R’–OH → R–NH–CO–O–R’

脲基甲酸酯反應(yīng)：R–NCO + R’–NH? → R–NH–CO–NH–R’

交聯(lián)反應(yīng)：形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高材料強(qiáng)度與耐久性

這些反應(yīng)通常需要催化劑加速，尤其是在低溫或低反應(yīng)活性體系中。

2. MB20 的催化作用機(jī)制

MB20作為有機(jī)鉍催化劑，其催化機(jī)制主要基于其金屬中心對(duì)異氰酸酯基團(tuán)（–NCO）的配位活化作用。鉍離子（Bi3?）能夠與–NCO發(fā)生配位，降低其反應(yīng)能壘，從而加快與羥基（–OH）的反應(yīng)速率。此外，由于鉍屬于重金屬元素但毒性較低，相較于傳統(tǒng)的有機(jī)錫類催化劑（如T-9、T-12），MB20具有更高的生物安全性與環(huán)境友好性。

圖1：MB20催化異氰酸酯與羥基反應(yīng)示意圖（略）

四、MB20 的應(yīng)用性能

1. 在軟質(zhì)泡沫中的應(yīng)用

軟質(zhì)聚氨酯泡沫廣泛用于床墊、沙發(fā)、汽車座椅等領(lǐng)域。在該體系中，MB20表現(xiàn)出良好的催化活性和發(fā)泡均勻性。與傳統(tǒng)錫系催化劑相比，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

更快的起發(fā)時(shí)間（Free Rise Time）

更高的泡沫密度控制精度

減少氣泡粗大現(xiàn)象，提升手感與回彈性

表3：MB20 與傳統(tǒng)錫系催化劑在軟泡中的性能對(duì)比

性能指標(biāo) MB20 T-9（有機(jī)錫） T-12（有機(jī)錫）

起發(fā)時(shí)間（秒） 65–75 70–85 60–70

拉伸強(qiáng)度（kPa） 120–140 110–130 115–135

斷裂伸長(zhǎng)率（%） 180–200 170–190 175–195

氣泡均勻性（目視評(píng)分） ★★★★☆ ★★★☆☆ ★★★★☆

VOC排放（mg/m3） <5 >10 >12

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于新典化學(xué)內(nèi)部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2. 在硬質(zhì)泡沫中的應(yīng)用

硬質(zhì)聚氨酯泡沫主要用于保溫材料、冰箱外殼、建筑外墻板等場(chǎng)合。MB20在該體系中同樣展現(xiàn)出優(yōu)異的催化效率，特別是在閉孔率和壓縮強(qiáng)度方面表現(xiàn)突出。

表4：MB20 在硬泡體系中的性能表現(xiàn)

項(xiàng)目 數(shù)值

閉孔率 ≥90%

壓縮強(qiáng)度（kPa） ≥250

導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K） ≤0.023

尺寸穩(wěn)定性（70°C×24h） <1.5%

3. 在聚氨酯彈性體中的應(yīng)用

聚氨酯彈性體廣泛用于輥筒、輸送帶、輪胎等工業(yè)制品。MB20在此類體系中可有效調(diào)控凝膠時(shí)間和脫模時(shí)間，提升制品的機(jī)械性能與表面光潔度。

五、MB20 與其他主流催化劑的比較

1. 與有機(jī)錫類催化劑的比較

有機(jī)錫類催化劑（如T-9、T-12）曾是聚氨酯行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)催化劑，但由于其潛在的生態(tài)毒性問題，已被歐盟REACH法規(guī)列為高度關(guān)注物質(zhì)（SVHC）。相比之下，MB20作為非錫類催化劑，具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

表5：MB20 與有機(jī)錫催化劑的環(huán)保與性能對(duì)比

項(xiàng)目 MB20 T-9 T-12

毒性（LD50） 高（>2000 mg/kg） 中等 中等

生物降解性 易降解 不易降解 不易降解

REACH注冊(cè)狀態(tài) 已注冊(cè) SVHC候選 SVHC候選

成本（元/噸） ￥180,000 ￥150,000 ￥160,000

催化效率（相對(duì)值） 1.2 1.0 1.1

2. 與胺類催化劑的比較

胺類催化劑（如A-33、TEDA）常用于促進(jìn)聚氨酯發(fā)泡反應(yīng)，但其存在氣味重、揮發(fā)性高、后期黃變等問題。MB20則無(wú)明顯氣味，且不引發(fā)后期顏色變化，適用于對(duì)氣味敏感的產(chǎn)品。

六、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與文獻(xiàn)引用

1. 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

中國(guó)在聚氨酯催化劑領(lǐng)域的研究起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅速。根據(jù)《中國(guó)聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)》發(fā)布的《聚氨酯行業(yè)發(fā)展白皮書（2023年）》，我國(guó)聚氨酯催化劑市場(chǎng)規(guī)模已超過50億元人民幣，其中環(huán)保型催化劑占比逐年上升。

清華大學(xué)材料學(xué)院李志勇教授團(tuán)隊(duì)在《高分子材料科學(xué)與工程》期刊上發(fā)表的研究指出：“有機(jī)鉍催化劑在保持良好催化活性的同時(shí)，顯著降低了重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，是未來(lái)聚氨酯催化劑的重要發(fā)展方向?！盵1]

2. 國(guó)際研究動(dòng)態(tài)

國(guó)際上，美國(guó)陶氏化學(xué)（Dow）、德國(guó)巴斯夫（BASF）等企業(yè)早已布局非錫類催化劑的研發(fā)。例如，Dow公司開發(fā)的Polycat®系列催化劑中部分型號(hào)即采用有機(jī)鉍體系。

據(jù)美國(guó)化學(xué)會(huì)（ACS）旗下期刊《Industrial & Engineering Chemistry Research》報(bào)道，有機(jī)鉍催化劑在水發(fā)泡體系中表現(xiàn)出比有機(jī)鋅催化劑更高的活性和穩(wěn)定性 [2]。

英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)（RSC）在其出版的《Green Chemistry》期刊中也指出，鉍基催化劑有望替代錫類催化劑用于食品包裝、醫(yī)療器械等對(duì)健康要求極高的領(lǐng)域 [3]。

七、MB20 的市場(chǎng)定位與前景展望

1. 市場(chǎng)需求分析

隨著全球?qū)Νh(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的重視不斷加深，聚氨酯行業(yè)正加速淘汰有毒有害催化劑。MB20憑借其優(yōu)異的環(huán)保性能與催化效率，已在多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)獲得認(rèn)可，尤其受到出口型企業(yè)青睞。

2. 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)，MB20及其后續(xù)系列產(chǎn)品有望向以下幾個(gè)方向發(fā)展：

復(fù)合型催化劑：與胺類、有機(jī)鋅等協(xié)同使用，構(gòu)建多功能催化體系；

水性體系適配：拓展在水性聚氨酯中的應(yīng)用；

納米級(jí)催化劑：提高催化效率并減少添加量；

智能化配方管理：結(jié)合AI算法優(yōu)化催化劑量與工藝參數(shù)匹配。

新典化學(xué)其它產(chǎn)品展示：

DABCO8154 酸封閉的TEDA催化劑，延遲反應(yīng)凝膠催化劑，可改善泡沫流動(dòng)性；適用于軟泡和硬泡；

DABCO晶體 強(qiáng)凝膠催化劑，三乙烯二胺（TEDA）；

DABCO33-LV 多用途凝膠催化劑，33%Dabco固體+67%二丙二醇（DPG）；

DABCODC-2 復(fù)合胺，很強(qiáng)活性的延遲凝膠催化劑，用于噴涂硬泡；

DABCOMB20 弱凝膠催化劑，適用于軟質(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；

DABCONMM N-甲基嗎啉，中等強(qiáng)度凝膠催化劑，適用于聚酯型聚氨酯軟塊泡；

DABCONEM N-乙基嗎啉，中等強(qiáng)度凝膠催化劑，適用于聚酯型聚氨酯軟塊泡；

DABCOS-25 凝膠催化劑，25%TEDA+75%BDO；

DABCOT-12 T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠催化劑，適用于涂料或PU樹脂；

Polycat77 雙（二甲氨丙基）甲胺，凝膠劑發(fā)泡平衡性催化劑，制開孔泡沫，增強(qiáng)模塑泡沫回彈性，用于軟泡和硬泡；

PolycatDBU 強(qiáng)凝膠催化劑，低氣味，適用于整皮泡沫、微孔彈性體、硬泡等；

PolycatSA-102 強(qiáng)凝膠催化劑，復(fù)合催化劑，適用于整皮泡沫、微孔彈性體、硬泡等；

JeffcatZR-50 雙（二甲氨基丙基）異丙醇胺，反應(yīng)性凝膠催化劑，低散發(fā)性，適用于聚醚型聚氨酯軟泡催化劑、微孔彈性體、RIM聚氨酯、硬泡等；

JeffcatDMP 二甲基哌嗪，聚氨酯發(fā)泡/凝膠平衡性催化劑，適用于聚氨酯軟泡、硬泡、涂料和膠黏劑等；

PCCAT NP10 N-（二甲氨丙基）而異丙醇胺，反應(yīng)性凝膠催化劑，低散發(fā)性，適用于聚醚型聚氨酯軟泡、微孔彈性體、RIM聚氨酯、硬泡等；