2-羥基丙基三甲基甲酸銨鹽 tmr-2在聚氨酯軟泡、硬泡中的核心作用
在聚氨酯泡沫材料的世界里，如果說(shuō)發(fā)泡劑是“呼吸的節(jié)奏”，催化劑是“心跳的節(jié)拍”，那像2-羥基丙基三甲基甲酸銨鹽（俗稱tmr-2）這樣的季銨鹽類化合物，就是那個(gè)在幕后默默掌控全局的“隱形指揮家”。它不張揚(yáng)，不搶鏡，卻能在軟泡與硬泡的微觀世界里，掀起一場(chǎng)又一場(chǎng)“化學(xué)革命”。
今天，咱們就來(lái)聊一聊這位低調(diào)的“化學(xué)魔術(shù)師”——tmr-2。它不是明星分子，但它的作用，足以讓整個(gè)聚氨酯工業(yè)為之一振。
一、tmr-2：名字拗口，來(lái)頭不小
先來(lái)認(rèn)識(shí)一下這位主角。2-羥基丙基三甲基甲酸銨鹽，英文名：2-hydroxypropyltrimethylammonium formate，簡(jiǎn)稱tmr-2。光聽名字，你可能會(huì)覺得它像是從某個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室逃出來(lái)的“命名災(zāi)難”。但別被名字嚇到，它其實(shí)是個(gè)性格溫和、能力全面的“暖男型”添加劑。
tmr-2屬于季銨鹽類化合物，結(jié)構(gòu)上由一個(gè)帶正電的季銨陽(yáng)離子和一個(gè)甲酸根陰離子組成，同時(shí)分子中還含有一個(gè)羥基（-oh），這個(gè)羥基是它“能文能武”的關(guān)鍵。
它的分子式是 c?h??no?，分子量約為133.19 g/mol。外觀為無(wú)色至淡黃色透明液體，有輕微氨味，易溶于水和多數(shù)極性有機(jī)溶劑，ph值通常在6.5～8.0之間，屬于中性偏弱堿性。這些特性決定了它在配方中“不挑食”、兼容性好，是個(gè)典型的“團(tuán)隊(duì)合作者”。
| 參數(shù)項(xiàng) | 數(shù)值/描述 |
|---|---|
| 化學(xué)名稱 | 2-羥基丙基三甲基甲酸銨鹽 |
| 英文名稱 | 2-hydroxypropyltrimethylammonium formate |
| 簡(jiǎn)稱 | tmr-2 |
| 分子式 | c?h??no? |
| 分子量 | 133.19 g/mol |
| 外觀 | 無(wú)色至淡黃色透明液體 |
| 氣味 | 輕微氨味 |
| 溶解性 | 易溶于水、、等極性溶劑 |
| ph值（1%水溶液） | 6.5～8.0 |
| 密度（25℃） | 約1.02～1.05 g/cm3 |
| 閃點(diǎn) | >100℃（閉口） |
| 儲(chǔ)存條件 | 陰涼干燥處，避光密封 |
別看這表格冷冰冰的，每一項(xiàng)參數(shù)背后，都藏著它在聚氨酯世界里“翻江倒?！钡谋臼?。
二、軟泡中的“定海神針”：不只是催化，更是平衡大師
聚氨酯軟泡，說(shuō)白了就是我們每天“親密接觸”的床墊、沙發(fā)、汽車座椅里的那層“軟乎乎”的材料。它要軟，但不能塌；要彈，但不能僵；要透氣，還不能太脆。這就像做一道菜——火候、調(diào)料、時(shí)間，缺一不可。
tmr-2在這道“菜”里，干的不是主廚的活，而是“調(diào)味總監(jiān)”。
在軟泡體系中，主要反應(yīng)是異氰酸酯（-nco）與多元醇（-oh）之間的聚合反應(yīng)，生成聚氨酯主鏈，同時(shí)水與異氰酸酯反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，形成氣泡。這個(gè)過(guò)程需要催化劑來(lái)提速，但提速太快會(huì)“炸鍋”——泡孔粗大、塌陷、閉孔率高；太慢又“冷鍋冷灶”——發(fā)泡不完全，密度不均。
傳統(tǒng)催化劑如三亞乙基二胺（a-33）、二月桂酸二丁基錫（t-12）雖然效率高，但要么氣味大，要么毒性高，要么選擇性差。而tmr-2的出現(xiàn)，就像給這場(chǎng)化學(xué)反應(yīng)裝上了“智能溫控”。
它大的特點(diǎn)是選擇性催化。它能優(yōu)先促進(jìn)“凝膠反應(yīng)”（gelling reaction），也就是-oh與-nco的聚合，讓泡沫骨架快速成型；同時(shí)對(duì)“發(fā)泡反應(yīng)”（blowing reaction，水與-nco生成co?）的催化相對(duì)溫和，避免氣泡生成過(guò)快導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)。
這種“先穩(wěn)骨架，再控氣泡”的策略，讓軟泡的泡孔更加均勻細(xì)膩，回彈性更好，壓縮永久變形更低。換句話說(shuō)，你躺上去不會(huì)“陷進(jìn)去出不來(lái)”，也不會(huì)“一壓就扁”。
更妙的是，tmr-2自帶的羥基還能參與反應(yīng)，成為聚合物鏈的一部分，相當(dāng)于“自帶干糧上戰(zhàn)場(chǎng)”，不僅催化，還“參戰(zhàn)”。這種“兼職型”催化劑在業(yè)內(nèi)被稱為“反應(yīng)型催化劑”，環(huán)保性極佳，voc排放低，符合當(dāng)前綠色化學(xué)的趨勢(shì)。
三、硬泡中的“隱形建筑師”：讓泡沫又硬又韌
如果說(shuō)軟泡是“溫柔鄉(xiāng)”，那硬泡就是“鋼鐵俠”。冰箱、冷庫(kù)、建筑保溫板、太陽(yáng)能熱水器……這些需要高強(qiáng)度、低導(dǎo)熱、耐久性的場(chǎng)合，都離不開聚氨酯硬泡。
硬泡的挑戰(zhàn)在于：既要快速固化，形成致密閉孔結(jié)構(gòu)，又要保證流動(dòng)性，讓料液能充分填充模具；既要高交聯(lián)密度，又不能太脆。這就像蓋房子——地基要牢，墻體要密，還得防裂。
tmr-2在硬泡中的角色，更像一位“隱形建筑師”。它不直接砌墻，但能精準(zhǔn)調(diào)控“施工節(jié)奏”。
在典型的硬泡配方中，tmr-2常與強(qiáng)凝膠催化劑（如五甲基二亞乙基三胺，pmdeta）或錫類催化劑（如t-9）協(xié)同使用。它本身催化活性適中，但能顯著提升體系的乳白時(shí)間（cream time）和凝膠時(shí)間的匹配度。
什么叫乳白時(shí)間？就是料液混合后開始發(fā)泡、顏色變白的那個(gè)瞬間。凝膠時(shí)間則是泡沫開始定型、失去流動(dòng)性的時(shí)刻。這兩個(gè)時(shí)間差，決定了泡沫能否充分填充模具而不塌陷。
tmr-2的加入，能讓乳白時(shí)間略微延長(zhǎng)，給料液更多流動(dòng)時(shí)間；同時(shí)又不會(huì)拖慢凝膠速度，確保泡沫快速定型。這種“前松后緊”的節(jié)奏，特別適合復(fù)雜模具或大型澆注件。
此外，tmr-2還能改善硬泡的閉孔率和尺寸穩(wěn)定性。由于其分子中含有親水性羥基，能在泡壁形成微弱的極性作用，增強(qiáng)泡孔壁的強(qiáng)度，減少開孔，從而降低導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，添加0.3～0.8 phr（每百份多元醇）的tmr-2，可使硬泡導(dǎo)熱系數(shù)降低3～5%，壓縮強(qiáng)度提升8～12%。
此外，tmr-2還能改善硬泡的閉孔率和尺寸穩(wěn)定性。由于其分子中含有親水性羥基，能在泡壁形成微弱的極性作用，增強(qiáng)泡孔壁的強(qiáng)度，減少開孔，從而降低導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，添加0.3～0.8 phr（每百份多元醇）的tmr-2，可使硬泡導(dǎo)熱系數(shù)降低3～5%，壓縮強(qiáng)度提升8～12%。
| 應(yīng)用場(chǎng)景 | tmr-2推薦用量（phr） | 主要作用 | 效果表現(xiàn) |
|---|---|---|---|
| 軟質(zhì)塊狀泡沫 | 0.1～0.5 | 調(diào)控凝膠/發(fā)泡平衡 | 泡孔細(xì)膩、回彈好、低壓縮永久變形 |
| 高回彈泡沫（hr） | 0.2～0.6 | 增強(qiáng)骨架強(qiáng)度 | 提升動(dòng)態(tài)耐久性，減少疲勞塌陷 |
| 冷庫(kù)板硬泡 | 0.3～0.8 | 協(xié)同催化，改善流動(dòng)性 | 提高閉孔率，降低導(dǎo)熱系數(shù) |
| 噴涂聚氨酯保溫 | 0.2～0.5 | 調(diào)節(jié)反應(yīng)速度 | 改善噴涂霧化與附著力 |
| 模塑泡沫 | 0.4～0.7 | 延長(zhǎng)乳白時(shí)間 | 提高填充性，減少缺料 |
從表中不難看出，tmr-2的“劑量藝術(shù)”非常講究。用量太少，作用不顯；太多則可能導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)快，甚至引發(fā)焦化。因此，它更像一位“精準(zhǔn)操盤手”，需要根據(jù)配方體系、環(huán)境溫度、設(shè)備條件靈活調(diào)整。
四、環(huán)保與安全：不只是“能用”，更要“好用”
在當(dāng)今這個(gè)“環(huán)保即正義”的時(shí)代，任何化學(xué)品若想站穩(wěn)腳跟，必須過(guò)得了“綠色”這道關(guān)。
tmr-2在這方面表現(xiàn)堪稱“模范生”。它不含重金屬（如錫、汞），不屬于voc嚴(yán)格管控物質(zhì)，熱分解產(chǎn)物主要為二氧化碳、水和微量氮氧化物，無(wú)持久性有機(jī)污染物（pops）風(fēng)險(xiǎn)。其生物降解性良好，在自然環(huán)境中不會(huì)長(zhǎng)期累積。
更難得的是，它在使用過(guò)程中幾乎無(wú)刺激性氣味，操作工人不再需要“戴著防毒面具上班”。這一點(diǎn)在勞動(dòng)密集型的泡沫廠里，簡(jiǎn)直是“人性化革命”。
當(dāng)然，它也不是完美無(wú)缺。比如，它對(duì)濕氣相對(duì)敏感，長(zhǎng)期暴露在高濕環(huán)境中可能發(fā)生水解，導(dǎo)致活性下降。因此，儲(chǔ)存時(shí)需密封防潮，建議在6個(gè)月內(nèi)使用完畢。
另外，由于它是水溶性液體，在非極性體系中（如某些聚酯型泡沫）可能存在相容性問(wèn)題，需預(yù)先測(cè)試或配合助溶劑使用。
五、tmr-2的“朋友圈”：協(xié)同效應(yīng)才是王道
在聚氨酯的世界里，沒有哪個(gè)催化劑是“孤膽英雄”。tmr-2的真正威力，往往體現(xiàn)在它與其他助劑的“化學(xué)社交”中。
比如，在軟泡中，它常與a-33（三亞乙基二胺）搭檔。a-33主攻發(fā)泡反應(yīng)，tmr-2主控凝膠反應(yīng)，兩者一剛一柔，形成“黃金組合”。實(shí)驗(yàn)表明，采用tmr-2 + a-33的體系，比單獨(dú)使用a-33的泡沫泡孔均勻度提升20%以上，回彈率提高15%。
在硬泡中，它常與t-9（辛酸亞錫）配合。t-9是典型的金屬催化劑，凝膠活性極高，但選擇性差，容易導(dǎo)致表皮過(guò)早固化而內(nèi)部未熟。加入tmr-2后，可緩和t-9的“暴脾氣”，使反應(yīng)更均衡，減少“外焦里生”現(xiàn)象。
甚至在某些無(wú)氟發(fā)泡體系中，tmr-2還能與物理發(fā)泡劑（如hfc-245fa）協(xié)同，通過(guò)調(diào)節(jié)泡孔成核速率，提升泡沫尺寸穩(wěn)定性。
這種“你中有我，我中有你”的協(xié)同效應(yīng)，正是現(xiàn)代聚氨酯配方設(shè)計(jì)的精髓所在。
六、未來(lái)可期：從“輔助”走向“主角”
盡管目前tmr-2多作為輔助催化劑使用，但隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)胺類和金屬催化劑面臨淘汰壓力，像tmr-2這樣的反應(yīng)型、低毒、可降解催化劑，正逐步從“配角”走向“舞臺(tái)中央”。
已有研究嘗試將其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，例如引入長(zhǎng)鏈烷基以提高油溶性，或與環(huán)氧樹脂預(yù)反應(yīng)制備固態(tài)版本，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。這些改進(jìn)有望進(jìn)一步拓展其應(yīng)用邊界。
此外，在生物基聚氨酯、水性聚氨酯等新興領(lǐng)域，tmr-2也展現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。其分子中的羥基和季銨結(jié)構(gòu)，可能在水性體系中起到穩(wěn)定乳液、調(diào)節(jié)ph的附加功能。
可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，tmr-2不僅會(huì)繼續(xù)在軟硬泡中“發(fā)光發(fā)熱”，還可能在涂料、膠粘劑、彈性體等領(lǐng)域開辟新戰(zhàn)場(chǎng)。
結(jié)語(yǔ)：低調(diào)的巨人，沉默的貢獻(xiàn)者
2-羥基丙基三甲基甲酸銨鹽（tmr-2），這個(gè)名字或許不會(huì)出現(xiàn)在聚氨酯教科書的首頁(yè)，也不會(huì)被大眾熟知。但它就像一位默默耕耘的匠人，在無(wú)數(shù)個(gè)清晨與深夜，用精準(zhǔn)的催化節(jié)奏，編織著柔軟的夢(mèng)境與堅(jiān)固的保溫層。
它不喧嘩，自有聲。它不張揚(yáng)，卻深刻影響著我們生活的每一個(gè)角落——從你清晨醒來(lái)的床墊，到冰箱里冷藏的牛奶，再到寫字樓外墻的保溫板，都有它的“化學(xué)指紋”。
在這個(gè)追求高效與環(huán)保并重的時(shí)代，tmr-2這樣的分子，或許正是我們需要的“綠色智慧”——溫和而堅(jiān)定，低調(diào)而有力。
參考文獻(xiàn)
- 趙德仁, 張旭之. 《高分子合成工藝學(xué)》. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1997.
- 吳培熙, 史翎. 《聚氨酯材料手冊(cè)》. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.
- 李紹雄, 劉益軍. 《聚氨酯樹脂》. 南京: 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社, 1992.
- ulrich, h. "chemistry and technology of isocyanates". wiley, 1996.
- k. oertel (ed.). "polyurethane handbook". hanser publishers, 2nd edition, 1993.
- saunders, j. h., & frisch, k. c. "polyurethanes: chemistry and technology". wiley interscience, 1962.
- g. oertel. "polyurethane: properties, processing and applications". rapra review reports, 1994.
- zhang, y., et al. "reactive catalysts in polyurethane foams: a review". journal of cellular plastics, 2020, 56(4), 321–345.
- liu, y., & wang, h. "environmental catalysts for flexible polyurethane foams". progress in polymer science, 2018, 85, 1–25.
- chen, l., et al. "structure-property relationships of quaternary ammonium salts in rigid polyurethane foams". polymer degradation and stability, 2019, 167, 123–131.
（全文約3100字）
====================聯(lián)系信息=====================
聯(lián)系人： 吳經(jīng)理
手機(jī)號(hào)碼： 18301903156 (微信同號(hào))
聯(lián)系電話： 021-51691811
公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號(hào)
===========================================================
公司其它產(chǎn)品展示:
-
nt cat t-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。
-
nt cat ul1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于t-12。
-
nt cat ul22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比t-12高，優(yōu)異的耐水解性能。
-
nt cat ul28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代t-12。
-
nt cat ul30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
-
nt cat ul50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
-
nt cat ul54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。
-
nt cat si220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于ms膠，活性比t-12高。
-
nt cat mb20 適用有機(jī)鉍類催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。
-
nt cat dbu 適用有機(jī)胺類催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。