聚氨酯涂料催化剂

〈双组分聚氨酯涂料催化剂〉

双组分聚氨酯涂料由多元醇和聚异氰酸酯混合而成，其中还加入了填料、颜料、催化剂等，然后进行喷涂和固化。使用锡基催化剂等金属催化剂时，固化速度会加快，但可用时间会缩短，混合涂料可能还没用完就固化了。使用热敏催化剂可以避免此类问题。
“U-CAT SA系列”是DBU的盐[图1]，是一种热敏催化剂，在室温下催化活性低，但在高温下迅速显示出其作为氨基甲酸酯催化剂的活性。当这些热敏催化剂用于双组分聚氨酯涂料时，室温下的可使用时间延长，从而解决了上述问题。此外，特殊胺基热敏催化剂U-CAT 1102的适用期比DBU盐U-CAT SA® 102的适用期长2到3倍[表1]。

（一级方程式）聚氨酯泡沫生产过程中的主要化学反应
〈树脂化反应〉
OCN-R-NCO + HO-R'-OH → ~CONH-R-NHCOO-R'-O~ 聚异氰酸酯 多羟基化合物 聚氨酯
〈发泡反应〉
OCN-R-NCO + H2O → ~R-NHCONH~ + CO2↑ 聚异氰酸酯 + 水 + 聚脲 +

表1：双组分聚氨酯的固化时间和可用时间

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催化剂	用量（份）	固化时间（分钟）	适用期（分钟）
无	ー	24.0	355
U-CAT 1102	0.2 0.4	10.2 5.0	158 110
U-CAT SA102	0.2 0.4	10.3 5.2	64 40
二月桂酸二丁基锡	0.2 0.6	10.8 5.0	33 17

●可使用时间
　粘度在25℃下翻倍所需的时间
●固化时间
　在摆式粘弹性测量装置中，振荡周期开始减少所需的时间
●温度上升速率
　室温→80℃ 25℃/分钟，80℃以上 5℃/分钟
●多元醇
　聚酯多元醇 18.2份／溶剂 48.0份
●异氰酸酯
　改性TOI 28.8份/甲苯 5.0份

表2：脂肪族异氰酸酯的固化时间（120°C）

催化剂	固化时间（分钟）
DBU	5.5
U-CAT SA1	21
U-CAT SA102	50
三乙烯二胺	>180
二月桂酸二丁基锡	3.0
辛酸铅	26

●固化时间
胶化实验机器的热板上可以脱模的时间
●PCL 200 88.1 份 / 1,4-BG 11.9 份 / IPDI 39.1 份 / Catalyst 0.5 份

如图2所示，DBU中盐的催化活性温度取决于酸的强度，因此可以选择适合聚氨酯涂料固化温度的催化剂。

〈不黄变聚氨酯涂料的催化剂〉

上述内容基于高反应性芳香族多异氰酸酯的使用，但聚氨酯涂料有时也会使用不黄变脂肪族多异氰酸酯。在这种情况下，据说胺催化剂不如金属催化剂活跃，通常不使用。然而，DBU和DBU盐（U-CAT SA系列）即使在脂肪族多异氰酸酯中也能表现出相对较高的催化活性[表2]，因此也被用于2型聚氨酯涂料中。

〈液态热固化聚氨酯涂料的催化剂，为嵌段异氰酸酯类型〉

嵌段异氰酸酯是异氰酸酯基团，其中添加了挥发性活性氢化合物（封端剂，例如苯酚、MEK肟、己内酰胺等），使其在室温下不活跃。当这些封闭异氰酸酯加热时，它们会分解，并重新生成原始的异氰酸酯基团[公式2]。利用这一原理，可以制造出在室温下稳定、加热时固化的一组分热固化聚氨酯涂料，方法是事先将封闭异氰酸酯和多元醇混合[公式2]，这些涂料已在电线涂料和阳离子电沉积涂料等领域得到实际应用。

〈液态湿固化聚氨酯涂料催化剂〉

液态湿固化聚氨酯涂料是一种在空气中接触湿气后变硬的涂料，它使用多元醇与过量聚醚反应制成的NCO端基聚氨酯预聚物。
液体湿气固化聚氨酯涂料在不使用催化剂的情况下需要很长时间才能固化，但使用催化剂后固化速度会加快。不过，金属催化剂存在涂料储存稳定性差的问题。相比之下，U-CAT 660M 是一种特殊的胺催化剂，专为双组分湿气固化聚氨酯而开发，即使与聚氨酯预聚物混合使用，也能显示出极佳的储存稳定性。它们还具有出色的低温固化性能，可用于双组分湿气固化粘合剂和密封剂（表 4）。

表3：块状异氰酸酯固化温度（°C）

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催化剂	用量（份）	指触干燥时间	粘度比
U-CAT 660M	0.4	22	1.8
二丁基二月桂酸锡	1.2	24	凝胶化（2周）

●NCO-终止的聚氨酯预聚物（NCO% 12.4%）
●指触干燥时间（25°C，50% R.H.）
●粘度比 室温下放置20个月后粘度/初始粘度

公式3）单组分湿固化聚氨酯涂料的主要化学反应
〈NCO端基聚氨酯预聚物的合成〉
HO-R1 -OH　＋　 OCN-R2-NCO　→　OCN～～～NCO
多元醇 聚异氰酸酯 NCO端基聚氨酯预聚物
〈NCO端基聚氨酯预聚物的水分固化机理〉
OCN～～～NCO　＋　 H2O　→　H2N～～～NH2　＋　CO2↑
NCO端基聚氨酯预聚物
H2N～～～NH2　＋　OCN～～～NCO　→　～NHCONH～

聚氨酯泡沫催化剂

〈水发泡催化剂〉

有两种发泡剂可用于制造聚氨酯泡沫：1）水发泡，利用水与NCO基团反应时产生的二氧化碳在聚氨酯中形成均匀的气泡；2）CFC发泡和戊烷发泡，利用聚氨酯反应产生的热量，利用低温易挥发的CFC化合物或戊烷产生气泡。然而，目前作为发泡剂的主要CFC——HCFC-141b（CH3-CFCI2）含有氯原子，会破坏大气中的臭氧层，因此决定在2003年底前完全淘汰。
HFC-245fa、HFC-365mfc和戊烷正在被积极考虑作为HCFC-141b的替代品。然而，这些新一代的氟氯化碳也存在一些问题，例如它们具有非零的全球变暖潜能，而戊烷则具有火灾隐患。 在这方面，水不存在这些问题，而且价格低廉，因此，仅使用水（全水发泡）或水与其他发泡剂的组合也正在被广泛研究。
在不使用氟利昂的水性硬质模具泡沫中，作为发泡剂添加的水与异氰酸酯基团之间发生反应，形成脲键，随着脲键数量的增加，聚氨酯会变脆，这很容易导致泡沫表面皮层剥落等问题。
为了解决上述全水发泡的问题，我公司经过研究开发了一种新型催化剂“U-CAT 420A”。这种催化剂的特点是具有非常好的成膜性，使用“U-CAT 420A”发泡的硬质聚氨酯泡沫表面比使用传统催化剂的发泡表面光滑得多。U-CAT 420A 作为催化剂，即使在结合使用新一代氟氯烃发泡剂和水的情况下，也能改善泡沫表面，因此备受关注。请注意，U-CAT 420A 不再推出。

〈三聚催化剂〉

聚氨酯泡沫还被广泛用于房屋和建筑物的隔热。聚氨酯隔热材料的生产方法主要有两种：工厂生产法，即将泡沫注入纸或其他表面材料或面板之间，形成板材或面板；施工现场发泡法，即将多元醇和聚异氰酸酯成分混合后现场喷涂。出于防火原因，两种情况下聚氨酯都需要阻燃。然而，2000年6月，建筑标准法进行了修订，以加强阻燃标准（2002年6月实施），并采取措施提高使用聚氨酯泡沫的建筑材料阻燃性。其中一项措施是增加聚氨酯泡沫中异氰尿酸酯环的比例[公式4]。这种方法利用了异氰尿酸酯环（异氰酸酯的三聚体）在高温下极其稳定这一特性。在普通胺催化剂的作用下，三聚反应（异氰尿酸酯的形成）不会发生，而辛酸钾和乙酸钾等则被用作催化剂。
然而，当使用这些金属催化剂时，三聚反应很难在泡沫边缘进行，因为那里的反应温度很难升高，因此泡沫的阻燃性可能不足。在这方面，当使用我们特殊的胺基催化剂“U-CAT 18X”时，即使在反应温度难以升高的泡沫边缘，三加成率也很高，可以获得具有优异阻燃性的泡沫[表5]。U-CAT 18X可用于房屋和建筑物的隔热板和隔热板，也可用于现场发泡，即使在冬季也能产生高度阻燃的泡沫，因此非常受欢迎。

〈反应性聚氨酯催化剂〉

普通的胺基催化剂即使在聚氨酯泡沫生产完成后仍会残留在泡沫中，并逐渐从泡沫中扩散出来，造成乙烯污染（迁移到聚氯乙烯板中的催化剂会促进脱氯化氢反应，导致聚氯乙烯板褪色）和起雾（催化剂会逐渐从汽车内部材料中蒸发出来并附着在车窗玻璃上，导致车窗起雾）等问题。在这方面，聚氨酯催化剂“U-CAT 2024”在其分子内具有反应基团，在泡沫生产过程中与异氰酸酯基团发生反应，并融入聚氨酯框架，因此不会在聚氨酯产品中保持游离状态。因此，U-CAT 2024主要应用于汽车工业，作为生产非乙烯基防污或防雾聚氨酯泡沫的反应催化剂。

表5：阻燃泡沫的异氰尿酸酯转化率

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催化剂		异氰尿酸酯转化率
类型	使用量（部件）	泡沫 下边缘	泡沫 中心	泡沫 上边缘
U-CAT 18X	4 8	69 94	95 104	76 94
辛酸钾	4 8	57 69	97 105	75 71
醋酸钾	4 8	54 73	95 100	65 67

●催化剂用量：每100份多元醇的份数
●异氰尿酸酯比例：根据发泡阻燃泡沫的IR图，用以下公式计算
（异氰尿酸酯峰高/氨基甲酸乙酯峰高）X 100

表6：本公司聚氨酯树脂催化剂

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产品名称	成分	主要特性及用途
U-CAT SA1	DBU的苯酚盐	一种典型的热敏性催化剂，在低温下催化活性低，在高温下催化活性迅速提高。 酸越强，催化活性表现出的温度越高。 对于双组分聚氨酯涂料、弹性体和粘合剂，它具有较长的活化期，加热后迅速硬化。 它被用作促进聚氨酯泡沫脱模的催化剂。
U-CAT SA102	DBU的2-乙基己酸酯盐
U-CAT SA810	DBU的邻苯二甲酸酯盐
U-CAT SA506	DBU的4-甲基苯磺酸酯盐
U-CAT SA603	DBU 形式	一种热敏催化剂。在低温和高温下，其活性差异很大。它在分解受阻异氰酸酯方面也具有卓越的性能，特别适用于电线涂料。
U-CAT 1102	2-乙基己酸	一种热敏催化剂。在双组分聚氨酯涂料中具有较长的适用期。用作催化剂，促进聚氨酯泡沫脱模。
U-CAT 660M	双（2-吗啉基乙基）醚	湿气固化催化剂。即使添加到聚氨酯预聚物中，它也具有优异的储存稳定性。即使在5°C左右的低温下，它也具有优异的湿气固化性能。
U-CAT 18X	三乙基甲基铵 2-乙基己烷盐	三聚催化剂。它适用于高阻燃性聚氨酯泡沫，在嵌段异氰酸酯的解离性能方面表现卓越。
U-CAT 2024	1,1'-｛｛3-(二甲基氨基)丙基｝亚氨基｝双(2-丙醇)（含量为80%）	一种分子中含有活性基团的催化剂。用作非苯基污渍或防雾活性氨基甲酸酯催化剂。

以上是聚氨酯催化剂的概述，重点介绍我们的催化剂。