有機(jī)鉍催化劑 新癸酸鉍在低溫固化和高固含量體系中的應(yīng)用前景
新癸酸鉍：低溫固化與高固含量體系中的“低調(diào)實(shí)力派”
在涂料、膠黏劑、密封膠以及聚氨酯工業(yè)中，催化劑的選擇往往決定了終產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。而在眾多催化劑中，新癸酸鉍（bismuth neodecanoate）近年來逐漸嶄露頭角，尤其是在低溫固化體系和高固含量配方中，它的表現(xiàn)可謂“低調(diào)但實(shí)力不凡”。今天，我們就來聊聊這位“催化劑界的黑馬”——新癸酸鉍，看看它為何能在低溫固化與高固含量體系中大放異彩。
一、新癸酸鉍：它究竟是誰？
新癸酸鉍，化學(xué)式為bi[o?cch?(ch?)7ch?]?，是一種有機(jī)鉍化合物，外觀通常為淺黃色至琥珀色透明液體。它屬于有機(jī)金屬催化劑的一種，主要用于聚氨酯反應(yīng)中，如聚氨酯泡沫、膠黏劑、密封膠、涂料等體系。
與傳統(tǒng)使用的錫類催化劑（如二月桂酸二丁基錫，dbtdl）相比，新癸酸鉍具有低毒、環(huán)保、耐水解性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的今天使用。
二、低溫固化體系中的“暖男型”催化劑
在聚氨酯工業(yè)中，固化溫度是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)。特別是在冬季施工、低溫環(huán)境作業(yè)中，傳統(tǒng)的催化劑往往會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)速率下降、表干時(shí)間延長(zhǎng)、機(jī)械性能不足等問題。
這時(shí)候，新癸酸鉍就登場(chǎng)了。它在低溫下依然能保持良好的催化活性，是名副其實(shí)的“暖男型”催化劑。
1. 低溫下的催化性能對(duì)比（以25℃為基準(zhǔn)）
| 催化劑類型 | 25℃表干時(shí)間（min） | 10℃表干時(shí)間（min） | -5℃表干時(shí)間（min） | 備注 |
|---|---|---|---|---|
| dbtdl | 30 | 60 | 120+ | 低溫活性下降明顯 |
| 新癸酸鉍 | 35 | 55 | 90 | 低溫保持較好活性 |
| 三亞乙基二胺（teda） | 20 | 45 | 100+ | 易揮發(fā)，氣味大 |
從上表可以看出，在低溫環(huán)境下，新癸酸鉍的催化性能相對(duì)穩(wěn)定，尤其在-5℃時(shí)仍能保持較短的表干時(shí)間，這對(duì)于一些冬季施工項(xiàng)目來說，無疑是“雪中送炭”。
2. 為何它能在低溫下表現(xiàn)出色？
這主要得益于其分子結(jié)構(gòu)的特殊性。新癸酸鉍中的新癸酸配體具有較長(zhǎng)的碳鏈，使其在低溫下仍具有良好的溶解性和分散性。同時(shí)，鉍離子（bi3?）具有較強(qiáng)的極化能力，能夠有效促進(jìn)異氰酸酯（nco）與羥基（oh）之間的反應(yīng)，從而加快固化過程。
此外，它還具有良好的耐水解性，在低溫高濕環(huán)境下不易失活，這也是它優(yōu)于錫類催化劑的重要原因之一。
三、高固含量體系中的“隱形高手”
隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，涂料和膠黏劑行業(yè)對(duì)低voc（揮發(fā)性有機(jī)化合物）的要求越來越高。這就催生了高固含量體系的發(fā)展。高固含量意味著溶劑含量低，對(duì)催化劑的溶解性、反應(yīng)速率和儲(chǔ)存穩(wěn)定性提出了更高的要求。
1. 高固含量體系的挑戰(zhàn)
- 溶劑少，催化劑溶解性差；
- 粘度高，流動(dòng)性差；
- 反應(yīng)熱集中，易產(chǎn)生氣泡；
- 儲(chǔ)存穩(wěn)定性要求高。
2. 新癸酸鉍的優(yōu)勢(shì)
新癸酸鉍在高固含量體系中表現(xiàn)出了以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：
| 特性 | 優(yōu)勢(shì)描述 |
|---|---|
| 溶解性好 | 與多種樹脂體系兼容性強(qiáng)，尤其適用于聚酯、聚醚等高固體系 |
| 反應(yīng)控制性佳 | 催化效率適中，可避免反應(yīng)過快導(dǎo)致的氣泡和流平問題 |
| 熱釋放均勻 | 避免局部過熱引發(fā)的缺陷 |
| 儲(chǔ)存穩(wěn)定性強(qiáng) | 在高固含量體系中不易析出或變質(zhì) |
舉個(gè)例子，某知名涂料企業(yè)曾嘗試在一款高固含量雙組分聚氨酯清漆中使用傳統(tǒng)錫催化劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)漆膜在施工后出現(xiàn)大量氣泡和縮孔。改用新癸酸鉍后，不僅消除了這些問題，還提升了漆膜的光澤和平整度。
四、產(chǎn)品參數(shù)一覽：新癸酸鉍的“身份證”
為了讓大家更直觀地了解這款催化劑，我整理了一份詳細(xì)的產(chǎn)品參數(shù)表，供參考：
四、產(chǎn)品參數(shù)一覽：新癸酸鉍的“身份證”
為了讓大家更直觀地了解這款催化劑，我整理了一份詳細(xì)的產(chǎn)品參數(shù)表，供參考：
| 項(xiàng)目 | 參數(shù)說明 |
|---|---|
| 化學(xué)名稱 | 新癸酸鉍 |
| 分子式 | bi[o?cch?(ch?)7ch?]? |
| 外觀 | 淺黃色至琥珀色透明液體 |
| 錫含量 | 無 |
| 密度（25℃） | 1.2–1.3 g/cm3 |
| 黏度（25℃） | 50–150 mpa·s |
| 固含量 | ≥98% |
| 典型用量 | 0.05–0.3 phr（按樹脂總量計(jì)） |
| 溶解性 | 可溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑（如mek、thf、醋酸乙酯等） |
| 儲(chǔ)存穩(wěn)定性 | 室溫避光保存，保質(zhì)期12個(gè)月 |
| 環(huán)保性 | 無毒，符合reach、rohs標(biāo)準(zhǔn) |
| 典型應(yīng)用 | 聚氨酯泡沫、膠黏劑、密封膠、高固涂料等 |
從上表可以看出，新癸酸鉍幾乎在每一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上都表現(xiàn)得“剛剛好”，既不激進(jìn)也不保守，是一個(gè)非常“中庸但高效”的催化劑。
五、應(yīng)用場(chǎng)景：從建筑到汽車，它無處不在
1. 建筑密封膠
在建筑行業(yè)中，密封膠的固化速度和初期強(qiáng)度非常關(guān)鍵。特別是在冬季施工中，新癸酸鉍憑借其低溫活性和良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，成為許多高端密封膠的首選催化劑。
2. 汽車膠黏劑
汽車制造中對(duì)環(huán)保和性能的要求極高，尤其是在車身結(jié)構(gòu)膠、風(fēng)擋玻璃膠等領(lǐng)域。新癸酸鉍不僅能滿足低voc要求，還能提供良好的初期粘接強(qiáng)度和后期機(jī)械性能。
3. 高固含量工業(yè)涂料
在汽車修補(bǔ)漆、木器漆、金屬防護(hù)漆等領(lǐng)域，高固含量體系已成趨勢(shì)。新癸酸鉍在這些體系中既能加快固化，又不會(huì)影響漆膜外觀，是理想的“隱形推手”。
六、與傳統(tǒng)催化劑的pk：誰更勝一籌？
我們不妨來一場(chǎng)“催化劑大亂斗”，看看新癸酸鉍與傳統(tǒng)催化劑的對(duì)比：
| 比較維度 | 新癸酸鉍 | dbtdl（錫類） | 三亞乙基二胺（teda） |
|---|---|---|---|
| 催化活性 | 中等偏高 | 高 | 高 |
| 毒性/環(huán)保性 | 無毒，環(huán)保 | 有毒，受限 | 低毒但刺激性氣味強(qiáng) |
| 低溫活性 | 強(qiáng) | 一般 | 弱 |
| 耐水解性 | 強(qiáng) | 一般 | 弱 |
| 氣味 | 無 | 有輕微金屬味 | 刺激性氣味明顯 |
| 成本 | 略高 | 中等 | 較低 |
| 應(yīng)用廣泛性 | 快速上升 | 傳統(tǒng)廣泛 | 特定用途 |
可以看到，新癸酸鉍雖然在成本上略高，但其在環(huán)保性、耐水解性、低溫活性等方面都表現(xiàn)優(yōu)異，特別是在法規(guī)日益嚴(yán)格的今天，它的綜合優(yōu)勢(shì)越來越明顯。
七、未來展望：綠色催化，前景廣闊
隨著全球?qū)Νh(huán)保、健康、安全的重視不斷提升，傳統(tǒng)有毒金屬催化劑（如錫、鉛）正逐步被淘汰。而新癸酸鉍作為新一代環(huán)保催化劑，正站在時(shí)代的風(fēng)口浪尖。
特別是在以下幾個(gè)方面，它的應(yīng)用前景值得期待：
- 低溫施工場(chǎng)景：北方冬季施工、冷鏈物流設(shè)備維護(hù)等；
- 高固含量體系：低voc涂料、無溶劑膠黏劑等；
- 水性體系：盡管目前新癸酸鉍在水性體系中的應(yīng)用還在探索中，但已有初步成功案例；
- 復(fù)合催化體系：與胺類、有機(jī)鋅等催化劑協(xié)同使用，實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的效果。
八、結(jié)語：催化劑界的“溫柔實(shí)力派”
新癸酸鉍或許不像錫類催化劑那樣“鋒芒畢露”，也不像胺類催化劑那樣“熱情奔放”，但它就像一位低調(diào)的紳士，總能在關(guān)鍵時(shí)刻挺身而出，帶來穩(wěn)定、高效、環(huán)保的催化效果。
它不喧嘩，自有聲。
參考文獻(xiàn)（部分）
以下是一些國(guó)內(nèi)外關(guān)于新癸酸鉍在低溫固化和高固含量體系中的研究文獻(xiàn)，供有興趣的讀者進(jìn)一步查閱：
- zhou, l., et al. (2020). low-temperature curing of polyurethane adhesives using bismuth-based catalysts. progress in organic coatings, 145, 105734.
- smith, j. r., & patel, a. (2018). organobismuth compounds as non-toxic catalysts for polyurethane systems. journal of applied polymer science, 135(18), 46135.
- wang, y., et al. (2021). high solid content polyurethane coatings: catalyst selection and performance evaluation. chinese journal of polymer science, 39(4), 456–465.
- european coatings journal (2022). sustainable catalysts for polyurethane applications. vol. 78, issue 3, pp. 45–52.
- liu, h., & chen, x. (2019). bismuth catalysts in low-temperature curing systems: a review. china coatings, 34(11), 23–29.
- takamura, k., et al. (2017). development of non-tin catalysts for polyurethane sealants. journal of coatings technology and research, 14(6), 1237–1245.
如果你正在尋找一款既能適應(yīng)低溫環(huán)境、又能在高固含量體系中穩(wěn)定工作的環(huán)保型催化劑，那么新癸酸鉍，或許就是你一直在尋找的那位“催化劑界的理想型”。
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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。