有機(jī)鉍催化劑 新癸酸鉍在聚氨酯體系中的環(huán)保非錫替代方案
有機(jī)鉍催化劑新癸酸鉍：聚氨酯體系中的環(huán)保非錫替代方案
一、引子：聚氨酯的“錫時(shí)代”正在落幕
在聚氨酯行業(yè)，提到催化劑，很多人反應(yīng)就是“有機(jī)錫”。沒錯(cuò)，錫催化劑曾經(jīng)是這個(gè)領(lǐng)域的“標(biāo)配”，就像咖啡配伴侶、漢堡配薯?xiàng)l一樣自然。但隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，特別是歐盟reach法規(guī)、美國epa的限制以及中國“十四五”綠色化工發(fā)展的推進(jìn)，有機(jī)錫的使用正逐漸受到限制。
錫催化劑雖然催化效率高，但毒性不容忽視。尤其是在軟泡、硬泡、涂料、膠黏劑等與人類生活密切相關(guān)的應(yīng)用中，環(huán)保和健康問題成為行業(yè)不得不正視的課題。于是，一個(gè)“去錫化”的趨勢(shì)悄然興起，而有機(jī)鉍催化劑——尤其是新癸酸鉍（bismuth neodecanoate）——作為錫的替代者，正逐漸走進(jìn)聚氨酯行業(yè)的視野。
二、新癸酸鉍：低調(diào)的“環(huán)保新貴”
新癸酸鉍，英文名bismuth neodecanoate，是一種有機(jī)鉍化合物，化學(xué)式為bi[o2cch2(ch2)7ch3]3。它是一種無色或淺黃色的液體，通常以20%或50%濃度溶解于溶劑（如二丙二醇二甲醚）中使用。它在聚氨酯反應(yīng)中主要作為叔胺催化劑的替代品，用于促進(jìn)異氰酸酯與多元醇的反應(yīng)。
它不像錫那樣“霸道”，也不像某些金屬催化劑那樣“暴躁”，而是以溫和、環(huán)保、高效著稱。它更像是一個(gè)“低調(diào)的實(shí)干派”，在不顯山露水中完成了催化劑的使命。
1. 基本參數(shù)一覽表：
| 項(xiàng)目 | 參數(shù) |
|---|---|
| 化學(xué)名稱 | 新癸酸鉍 |
| 英文名稱 | bismuth neodecanoate |
| 分子式 | bi[o2cch2(ch2)7ch3]3 |
| 分子量 | 約 670 g/mol（取決于具體結(jié)構(gòu)） |
| 外觀 | 淺黃色至無色液體 |
| 溶劑 | 通常為dpm、dpgdm等 |
| 濃度 | 20% 或 50% |
| 閃點(diǎn) | >100°c |
| 密度（20°c） | 約 1.1 g/cm3 |
| 儲(chǔ)存條件 | 常溫避光密封保存 |
| 毒性 | 低毒，符合reach法規(guī)要求 |
三、為什么選擇新癸酸鉍？
1. 環(huán)保是位
有機(jī)錫化合物由于其潛在的生物累積性和毒性，已經(jīng)被多個(gè)國際組織列為優(yōu)先控制污染物。而新癸酸鉍作為一種有機(jī)鉍催化劑，具有較低的生物毒性和環(huán)境影響。根據(jù)歐洲化學(xué)品管理局（echa）的評(píng)估，鉍化合物在環(huán)境中不會(huì)顯著累積，且對(duì)水生生物的毒性遠(yuǎn)低于錫類化合物。
2. 催化性能優(yōu)異
雖然“環(huán)?！笔切鹿锼徙G的主打標(biāo)簽，但它并不是一個(gè)“只講情懷”的產(chǎn)品。在催化活性方面，它表現(xiàn)得非常穩(wěn)定。它對(duì)異氰酸酯與多元醇的反應(yīng)有良好的促進(jìn)作用，尤其在軟泡、硬泡、彈性體和涂料中表現(xiàn)突出。
3. 兼容性強(qiáng)，適用范圍廣
新癸酸鉍可以與多種聚氨酯體系兼容，包括tdi、mdi、hdi等不同類型的異氰酸酯體系，也適用于聚醚、聚酯多元醇體系。它不僅可以單獨(dú)使用，還可以與其它非錫催化劑（如有機(jī)鋅、有機(jī)鋯等）復(fù)配使用，以達(dá)到更佳的催化效果和性能平衡。
4. 不腐蝕設(shè)備，延長使用壽命
相比有機(jī)錫催化劑容易對(duì)設(shè)備造成腐蝕的問題，新癸酸鉍的腐蝕性極低，有助于延長生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命，降低維護(hù)成本。
四、在聚氨酯體系中的應(yīng)用表現(xiàn)
1. 軟泡聚氨酯中的應(yīng)用
軟泡聚氨酯廣泛用于家具、汽車內(nèi)飾、床墊等領(lǐng)域。傳統(tǒng)上，這類體系多使用有機(jī)錫（如t-9、t-12）作為催化劑。但隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)，錫類催化劑的使用受到限制。新癸酸鉍在軟泡體系中表現(xiàn)出良好的催化活性，尤其在發(fā)泡和凝膠階段的平衡控制上，能夠有效避免泡孔粗大或塌泡的問題。
軟泡體系應(yīng)用對(duì)比表：
| 項(xiàng)目 | 使用有機(jī)錫 | 使用新癸酸鉍 |
|---|---|---|
| 發(fā)泡時(shí)間 | 40-60秒 | 50-70秒 |
| 凝膠時(shí)間 | 80-100秒 | 90-110秒 |
| 泡孔結(jié)構(gòu) | 均勻 | 均勻 |
| 回彈性 | 良好 | 良好 |
| 環(huán)保性 | 差 | 優(yōu) |
| 成本 | 中等 | 略高 |
2. 硬泡聚氨酯中的應(yīng)用
硬泡聚氨酯主要用于保溫材料、噴涂泡沫、結(jié)構(gòu)泡沫等領(lǐng)域。在硬泡體系中，催化劑不僅要促進(jìn)反應(yīng)，還要控制反應(yīng)速度，避免過早凝膠導(dǎo)致流動(dòng)差。新癸酸鉍在硬泡體系中表現(xiàn)出良好的平衡性，既能促進(jìn)反應(yīng)，又不會(huì)導(dǎo)致體系過早凝膠，特別適合用于噴涂發(fā)泡工藝。
硬泡體系應(yīng)用對(duì)比表：
| 項(xiàng)目 | 使用有機(jī)錫 | 使用新癸酸鉍 |
|---|---|---|
| 流動(dòng)性 | 一般 | 好 |
| 固化速度 | 快 | 稍慢 |
| 密度控制 | 穩(wěn)定 | 穩(wěn)定 |
| 尺寸穩(wěn)定性 | 良好 | 良好 |
| 環(huán)保性 | 差 | 優(yōu) |
| 成本 | 中等 | 略高 |
3. 聚氨酯彈性體中的應(yīng)用
聚氨酯彈性體廣泛用于輥筒、輪胎、緩沖墊等高耐磨、高強(qiáng)度的場(chǎng)合。在彈性體體系中，催化劑需要促進(jìn)反應(yīng)，同時(shí)不影響終材料的機(jī)械性能。新癸酸鉍在此類體系中表現(xiàn)穩(wěn)定，可有效替代錫催化劑，同時(shí)保持材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等關(guān)鍵性能。
硬泡體系應(yīng)用對(duì)比表：
| 項(xiàng)目 | 使用有機(jī)錫 | 使用新癸酸鉍 |
|---|---|---|
| 流動(dòng)性 | 一般 | 好 |
| 固化速度 | 快 | 稍慢 |
| 密度控制 | 穩(wěn)定 | 穩(wěn)定 |
| 尺寸穩(wěn)定性 | 良好 | 良好 |
| 環(huán)保性 | 差 | 優(yōu) |
| 成本 | 中等 | 略高 |
3. 聚氨酯彈性體中的應(yīng)用
聚氨酯彈性體廣泛用于輥筒、輪胎、緩沖墊等高耐磨、高強(qiáng)度的場(chǎng)合。在彈性體體系中，催化劑需要促進(jìn)反應(yīng)，同時(shí)不影響終材料的機(jī)械性能。新癸酸鉍在此類體系中表現(xiàn)穩(wěn)定，可有效替代錫催化劑，同時(shí)保持材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等關(guān)鍵性能。
彈性體體系應(yīng)用對(duì)比表：
| 項(xiàng)目 | 使用有機(jī)錫 | 使用新癸酸鉍 |
|---|---|---|
| 拉伸強(qiáng)度 | 高 | 高 |
| 斷裂伸長率 | 高 | 高 |
| 操作時(shí)間 | 短 | 稍長 |
| 成品性能 | 穩(wěn)定 | 穩(wěn)定 |
| 環(huán)保性 | 差 | 優(yōu) |
| 成本 | 中等 | 略高 |
4. 涂料與膠黏劑中的應(yīng)用
在聚氨酯涂料和膠黏劑中，催化劑需要在不影響材料流變性和干燥時(shí)間的前提下，提高反應(yīng)效率。新癸酸鉍在這些體系中表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，特別是在水性聚氨酯體系中，其環(huán)保優(yōu)勢(shì)更加明顯。
涂料與膠黏劑體系應(yīng)用對(duì)比表：
| 項(xiàng)目 | 使用有機(jī)錫 | 使用新癸酸鉍 |
|---|---|---|
| 干燥時(shí)間 | 快 | 稍慢 |
| 表干/實(shí)干平衡 | 好 | 好 |
| 粘接強(qiáng)度 | 高 | 高 |
| 毒性 | 高 | 低 |
| 環(huán)保性 | 差 | 優(yōu) |
| 成本 | 中等 | 略高 |
五、使用建議與注意事項(xiàng)
雖然新癸酸鉍的性能優(yōu)越，但在實(shí)際使用過程中仍需注意以下幾點(diǎn)：
- 用量控制：一般建議用量為0.1-0.5 phr（每百份多元醇），具體應(yīng)根據(jù)體系配方調(diào)整。
- 復(fù)配使用：可與有機(jī)鋅、有機(jī)鋯等催化劑復(fù)配使用，以達(dá)到更好的催化效果。
- 儲(chǔ)存條件：應(yīng)避光、密封保存，避免與水、酸性物質(zhì)接觸。
- 安全操作：雖為低毒產(chǎn)品，但仍需遵守化學(xué)品安全操作規(guī)范。
六、市場(chǎng)現(xiàn)狀與前景展望
隨著全球?qū)Νh(huán)保要求的不斷提升，有機(jī)錫催化劑的市場(chǎng)份額正在逐步縮小。而以新癸酸鉍為代表的有機(jī)鉍催化劑，正以其優(yōu)異的環(huán)保性能和良好的催化活性，逐步贏得市場(chǎng)認(rèn)可。
在中國，隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)以及《新污染物治理行動(dòng)方案》的出臺(tái)，環(huán)保型催化劑的市場(chǎng)需求持續(xù)增長。國內(nèi)多家聚氨酯企業(yè)已開始嘗試并推廣新癸酸鉍的應(yīng)用，部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。
在國外，尤其是歐洲和北美市場(chǎng)，有機(jī)鉍催化劑早已成為主流的非錫替代方案。多家國際化工巨頭如、、等都在其環(huán)保型聚氨酯產(chǎn)品中采用有機(jī)鉍催化劑。
七、結(jié)語：從“錫時(shí)代”走向“鉍時(shí)代”
聚氨酯工業(yè)的每一次技術(shù)進(jìn)步，都是對(duì)環(huán)保理念的踐行。新癸酸鉍作為有機(jī)鉍催化劑的一員，雖然起步較晚，卻以其實(shí)力和環(huán)保性迅速贏得了市場(chǎng)的青睞。
它不是“錫”的替代品，而是“環(huán)保催化劑”的代表。它讓我們看到，在追求性能的同時(shí)，也可以兼顧綠色與健康。它不是冷冰冰的化學(xué)品，而是一個(gè)有溫度、有擔(dān)當(dāng)?shù)摹碍h(huán)保衛(wèi)士”。
未來，隨著環(huán)保法規(guī)的進(jìn)一步收緊和消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)的提升，有機(jī)鉍催化劑必將在聚氨酯行業(yè)占據(jù)更重要的地位。而新癸酸鉍，也將繼續(xù)在“去錫化”的道路上，走得更遠(yuǎn)、更穩(wěn)。
參考文獻(xiàn)：
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 張強(qiáng), 李明. 有機(jī)鉍催化劑在聚氨酯中的應(yīng)用研究進(jìn)展[j]. 化工新型材料, 2022, 50(4): 25-28.
- 王磊, 劉洋. 非錫催化劑在聚氨酯軟泡中的應(yīng)用比較[j]. 聚氨酯工業(yè), 2021, 36(3): 45-49.
- 陳曉東, 周婷. 環(huán)保型聚氨酯催化劑的發(fā)展趨勢(shì)[j]. 中國塑料, 2023, 37(2): 67-71.
國外文獻(xiàn)：
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- european chemicals agency (echa). substance evaluation conclusion on organotin compounds. 2022.
- u.s. environmental protection agency (epa). action plan for organotin compounds. 2021.
（全文約3200字）
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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。
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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；
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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-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。